Procesele de extracție în sistemele lichid-lichid sunt utilizate pe scară largă în industria chimică, de rafinare a petrolului și petrochimice și în alte industrii. Ele sunt utilizate în mod eficient pentru izolarea în formă pură a diferitelor produse de sinteză organică și petrochimică, extracția și separarea elementelor rare și dispersate, tratarea apelor uzate etc.
Extracția în sistemele lichid-lichid este un proces de transfer de masă care se desfășoară cu participarea a două faze lichide solubile reciproc insolubile sau limitate, între care se distribuie substanța extrasă (sau mai multe substanțe). De exemplu, tratarea apei reziduale se efectuează prin extracție cu acetat de butil, în care, de preferință, se transferă fenolii monoatomici și poliatomici.
Pentru a crește viteza procesului, soluția inițială și extractantul sunt aduse în contact strâns. Ca urmare a interacțiunii fazelor, se obține un extract - o soluție a substanțelor extrase în extractant și rafinat - o soluție stoc reziduală din care componentele extrase sunt îndepărtate într-o anumită măsură. Fazele lichide rezultate (extract și rafinat) sunt separate unul de celălalt prin sedimentare, uneori prin centrifugare sau prin alte mijloace mecanice. După aceasta, produsele extrase din extract sunt extrase și extractantul este recuperat din rafinat.
Componentele corespunzătoare se extrag din extract fie prin rectificare, fie prin reextracție, de exemplu, transferându-le într-o soluție apoasă. Pentru a evita pierderea extractului dizolvat sau transportat de rafinat, extractantul este izolat prin rectificare sau extracție cu alt solvent și returnat pentru utilizare ulterioară.
O diagramă schematică a procesului de extracție continuă este prezentată în Fig. XVI-1, a. Procesul de extracție efectivă are loc în extractorul de coloană 1, după care substanțele extrase sunt extrase din extract (în coloana de distilare 2) și extractantul din rafinat (în coloana de distilare 5).
În Fig. XVI-1, b prezintă o extracție tipică a sărurilor metalice, caracterizat prin aceea că, după coloana extractorului 4 săruri sunt extrase din soluția de extracție prin transferarea lor într-o soluție apoasă (stripping) în co-Lonne 5. Extractorul 4 poate avea, după cum se poate observa din figura, spălarea O secțiune pentru spălarea suplimentară a extractului din impuritățile nedorite.
Într-o serie de cazuri, procesul de extracție devine mai complicat, în special ca rezultat al reacției chimice care are loc în volum sau în interfața de fază. În anumite condiții, se utilizează metode specifice de extracție pentru a separa mai bine soluția inițială. Astfel, de exemplu, soluția inițială, care este un amestec de substanțe organice, se dovedește a fi utilă procesarea a doi extractori reciproc ne-solubili, între care se distribuie componentele extrase. Pentru a facilita trecerea componentelor care pot fi extrase, de exemplu sărurile metalice, în faza organică este uneori folosită sărarea. care se efectuează prin adăugarea de săruri cu aceleași ioni la soluția apoasă inițială și reglează de asemenea aciditatea sau pH-ul soluției, concentrația extractantului într-un diluant inert care servește la reducerea vâscozității acestuia etc.
Principalul avantaj al procesului de extracție în comparație cu alte procese de separare a amestecurilor lichide (rectificare, evaporare etc.) este temperatura de funcționare scăzută a procesului, care se desfășoară cel mai adesea la temperatura normală (cameră). În același timp, nu este nevoie de costuri de încălzire pentru evaporarea soluției. În plus, în timpul extracției, este de obicei posibil să se selecteze dintr-o varietate de solvenți un extractant foarte selectiv care este diferit chimic de componentele amestecului inițial și adesea permite o separare mai completă decât este posibilă cu alte procese de schimb de masă. În același timp, utilizarea unei componente extragente suplimentare și necesitatea regenerării sale conduc la o anumită complicație a designului hardware și la creșterea costului procesului de extracție.
La demontarea extragerea volatilele poate cu succes în competiție-ment cu rectificare în cazurile în care separarea prin rectificare, fie dificilă, iar uneori practic imposibilă (separarea amestecurilor compuse din componente blizkokipyaschih și amestecuri azeotrope) sau implica costuri prohibitive (extragerea de impurități dăunătoare substanțe sau substanțe valoroase din soluții foarte diluate). Astfel, de exemplu, măsuri de recuperare a acidului acetic din soluțiile sale apoase de concentrație scăzută prin extracție cu acetat de etil (sau acetat de etil și benzen) este considerabil mai eficientă decât alocarea de distilare, deoarece, în ciuda diferenței relativ mare între apă și acid la fierbere, volatilitatea relativă a lor mici . În plus, nevoia de evaporare a unor cantități foarte mari de apă mare crește costul rectificării.
Extracția este indispensabilă pentru separarea amestecurilor, sensibilitatea-TION la temperaturi ridicate, cum ar fi antibiotice, care mo-gut descompune la separarea lor prin distilare sau evaporare. Aspirarea Aplicațiile pot adesea înlocui eficient procese, cum ar fi separarea substanțelor cu punct de fierbere ridicat cu vid înalt, distilare moleculară de exemplu, sau separarea amestecurilor prin cristalizare fracționată.
Extracția poate servi de asemenea ca o metodă economică și eficientă pentru separarea amestecurilor complexe în clase de compuși cu aceeași compoziție chimică ale căror puncte de fierbere se suprapun (separarea hidrocarburilor aromatice și saturate care fierb în același interval de temperatură).
Extracția este foarte promițătoare pentru separarea amestecurilor de substanțe anorganice, atunci când alte metode de separare sunt inaplicabile. Procesele de extracție lichidă sunt acum utilizate cu succes pentru prelucrarea combustibilului nuclear, producția de zirconiu și hafniu și multe alte metale rare. Cu ajutorul extracției se pot obține metale neferoase și nobile de înaltă puritate.
Într-o serie de cazuri, un efect semnificativ este obținut atunci când extracția este combinată cu alte procese de separare. Exemple de astfel de procese nirovannyh combinate sunt separarea blizkokipyaschih și amestecuri de tip azeotrop component prin distilare extractivă, pre-concentrarea soluțiilor diluate prin extracție înainte de evaporare și de distilare, se efectuează în același timp cu fluxul de căldură Men-distanțier.
Atunci când se extrag substanțe anorganice, una sau mai multe substanțe din faza apoasă sunt de obicei recuperate de un singur extractant.
Atunci când extracția este separată de amestecurile de substanțe organice, în funcție de numărul de extractanți utilizați, se disting:
1) extracția cu un agent de extracție în sisteme formate din cel puțin trei componente (două componente separate ale soluției inițiale și ale extractantului);
2) extragerea celor două extractanți (Nye extracție fracționată) în sistemele formate din cel puțin patru componente (cele două componente inițiale ale soluției sunt distribuite între două extractanți nemiscibile).
Extracția cu un agent extr-agent este cea mai obișnuită. Să luăm în considerare variante diferite ale acestui proces pe un exemplu de extracție pas cu pas, diferite moduri de realizare a căror rezultat este mai scăzut.
Extracție în 1 pas (unul). Aceasta este cea mai simplă metodă pe care soluția de alimentare și extractant F S amestecat în mixerul 1 (Fig XVI-2.), După care timp de divizare prin două straturi, extract și rafinatul R. E Separarea se produce în mod tipic în separatorul-decantor 2. cu un astfel unic inter-acțiune a extractant și soluția de alimentare cu un timp de contact suficient pot fi obținute în apropierea compozițiilor echilibru ale ex-tractului și rafinatul.
Astfel, cantitatea de substanță extrasă este fixată de legea distribuției de echilibru, iar gradul de extracție este relativ scăzut. Gradul de extracție poate fi crescută prin cantitatea retrasă-cheniya de extractant utilizat, dar cu creșterea raportul debitului volumetric al extractant și furajelor scade extract care crește, la concentrații costul recuperării produsului final. Din aceste motive, extracția într-o singură etapă este utilizată în practica industrială numai în acele cazuri în care coeficientul de distribuție este foarte ridicat.
Procesul poate fi efectuat periodic sau în mod continuu - cu o întoarcere continuă a extractantului în mixer (după regenerare).
Mai jos este un calcul al procesului de extracție într-o singură etapă, care este baza pentru calcularea proceselor de extracție în mai multe etape.
Inițial, considerăm cel mai simplu caz, atunci când fazele sunt, practic, reciproc insolubile.
Să o soluție stoc kg solvent concentrație 0 CME Shiva-S kg, cu un agent de extracție, în care fazele de echilibru sunt obținute prin extragerea: concentrația rafinatului și concentrația extractului (în mg / kg de solvent). Raportul de greutate al fazelor b '= S / A. Apoi balanța materială a substanței distribuite
Considerând că = m. noi găsim
În consecință, concentrația rafinatului rezultat
și concentrația extractului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: