Экстракция

Экстракция – процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей.

Различают 2 способа экстракции:

1. экстракция из растворов;

2. экстракция из твердых тел (экстракция из тканей растительных материалов, используется в лесохимической и фармацевтической промышленности. В химической технологии часто используют экстракцию из твердых пористых веществ водой или водными растворами кислот или щелочей).

Экстракция в системе жидкость-жидкость Терминология

Экстрагент – селективный растворитель.

Экстракт – раствор целевого компонента в экстрагенте. В экстракте также присутствует и растворитель исходного раствора.

Рафинат – остаток исходного раствора после обработки экстрагентом и отделения экстракта. Рафинат содержит исходный растворитель, какое-то количество целевого компонента, а также примеси экстрагента.

Технологически экстракция – это диффузионный процесс перераспределения целевого компонента между ограниченно растворимыми друг в друге исходным растворителем и экстрагентом.

Растворимость целевого компонента в экстрагенте должна значительно превышать его растворимость в исходном растворителе. Для обеспечения высокой скорости процесса, во-первых, увеличивают поверхность контакта фаз, диспергируя одну фазу в другой, во-вторых, приводят фазы в контакт многократно (многоступенчатая экстракция). Экстракт и рафинат разделяют механически (отстаиванием, центрифугированием).

Целевой компонент из экстракта выделяют ректификацией или реэкстракцией (перевод их в водный раствор). Из рафината можно выделить экстрагент. Его выделяют либо экстракцией другим компонентом и возвращают в цикл.

Наиболее широко применимыми аппаратами являются колонные экстракторы.

Главными достоинствами экстракции являются – низкая рабочая температура, высокая степень разделения компонентов исходной смеси селективными экстрагентами.

Равновесие в системах жидкость-жидкость

Состояние равновесия определяется равенством химических потенциалов целевого компонента μ в обеих фазах.

Количественно равновесие выражают:

1. Коэффициентом распределения, т.е. отношением равновесных концентраций распределяемого компонента в экстракте и рафинате:

.

В случае если растворы можно считать идеальными, когда отсутствует ассоциация и диссоциация молекул соединений m ≈ const, m зависит от температуры.

2. Изотермой экстракции, т.е. линией равновесия , вид которой устанавливается опытным путем.

Такой изотермой пользуются в том случае, если растворы неидеальны, целевой компонент находится в различном состоянии в фазах (например, диссоциирует в водной фазе и недиссоциирует в органической), а также целевой компонент может вступать в химическое взаимодействие с экстрактом.

Равновесная зависимость криволинейна, , т.е. от температуры и концентрации. Количественные характеристики подобных равновесий устанавливаются по закону действующих масс.

Для облегчения перехода экстрагируемых компонентов (например, солей, металлов) в органическую фазу иногда применяют высаливание, т.е. в исходный раствор добавляют соль с одноименными растворами.

Также на равновесие влияет кислотность раствора, концентрация экстрагента в инертном разбавителе и пр.