16 Экстракция

16.1.Сущность процесса экстракции

Экстракцией называется процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при помощи растворителя. В растворителе хорошо растворяются извлекаемые компоненты и мало растворяются остальные компоненты. Поэтому растворитель называется избирательным или селективным.

В нефтепереработке широко применяют процессы экстракции в системе

жидкость-жидкость при очистке масел, дизельного топлива, извлечении ароматических углеводородов.

При контакте с избирательным растворителем образуются два раствора: экстрактный, содержащий извлеченные компоненты и рафинатный, содержащий неизвлеченные компоненты. Эти два компонента образуют расслаивающуюся систему, поэтому их можно разделить отстаиванием.

При экстракции извлекаемый компонент (или смесь нескольких компонентов) распределяются между образующимися при экстракции экстрактным и рафинатным растворами согласно закону равновесия:

(66)

где  x₁иx₂ концентрация растворенного вещества соответственно в одной и другой жидкой фазах;

Kкоэффициент распределения.

Коэффициент распределения зависит от природы исходной смеси и растворителя, состава смеси и температуры. Обычно с повышением температуры растворимость в обеих фазах возрастает, и при некоторой температуре образуется однородный раствор, эта температура называется критической температурой растворения ( КТР ). Поэтому рабочая температура процесса должна быть ниже КТР.

В промышленных условиях для экстракции используются такие растворители, как фенол, фурфурол, воду, бензол, диэтиленгликоль,, пропан, и др.

Выбор растворителя определяется его избирательностью и растворяющей способностью. Чем больше избирательность растворителя, тем более четко разделяются компоненты. Более избирательный растворитель имеет большую величину коэффициента распределения К.При увеличении растворяющей способности растворяется больше извлекаемых компонентов, т.е. снижается расход растворителя. Повышение растворяющей способности обычно связано с уменьшением избирательности растворителя.

Для создания внутренней циркуляции потоков в экстракционных колоннах и повышения четкости экстракции поддерживается температурный градиент экстракции, т.е. температура рафинатной зоны (верх экстракционной колонны) выше температуры экстрактной зоны (низ колонны). Температурный градиент, который в большинстве случаев составляет от 5 до 30 ^оС, создается путем подачи в экстрактор сырья и растворителя с разными температурами, а также рециркуляцией части охлажденного экстрактного раствора.

В процессе экстракции могут быть выделены три основных составляющих (условных компонента): избирательный растворитель, извлекаемые компоненты и неизвлекаемые компоненты. Поэтому для расчета процесса экстракции нашли широкое применение треугольные диаграммы. После отделения растворителя от экстрактного раствора получают экстракт, а от рафинатного раствора - рафинат.

Требования к экстрагентам

1. Высокая селективность

2. Нормальная растворяющая способность

3. Большая разность плотностей в зоне вывода экстрактного раствора ( +0,2)

4. Большая разность температур кипения для экстрагента и и сырьевых компонентов ( 70оС +), что облегчает выделение циркулирующего экстрагента

5. Большое значение коэффициента поверхностного натяжения, чтобы избежать образования стойкой эмульсии

6. Химическая стойкость

7. Малая теплота испарения, если регенерация экстрагента идет ректификацией

8. Малая токсичность