3.4.5. Принципиальные схемы процесса экстракции

В химических производствах применяются следующие схемы экстракции: однократная экстракция, многократная экстракция с перекрестным током растворителя, многократная экстракция с противотоком растворителя, непрерывная противоточная экстракция, ступенчатая противоточная экстракция.

Однократная экстракцияможет быть проведена периодическим или непрерывным способом. Схема процесса периодической экстракции приведена на рис. 3.48а. В аппарат с мешалкой загружается исходный растворвместе с экстрагентом. Обе жидкости перемешивают до установления равновесия. По окончании перемешивания жидкости расслаиваются в этой же мешалке. После отстаивания сливают сначала наиболее тяжелый слой рафината, а затем экстракта.

Для расслаивания фаз часто используют особые отстойники (рис. 3.48б). В таких случаях процесс однократной экстракции можно проводить непрерывным способом.

а)

Рис. 3.48. Схема процесса однократной экстракции:

а – периодический способ; б – непрерывный способ

При взаимной нерастворимости фаз процесс однократной экстракции может быть изображен в координатах прямой линией (рис. 3.49), тангенс угла наклона которой равен отношению массовых загрузок исходного раствораи поглотителя. По диаграмме могут быть найдены составы рафината и экстракта при различных соотношениях загрузок. Если при увеличении количества растворителя можно получить рафинат любой степени чистоты, то предельное насыщение экстракта определится точкой.

Рис. 3.49. Процесс однократной экстракции в диаграмме

Эффективность процесса однократной экстракции невелика и поэтому широкого распространения в промышленности этот способ не получил. Эффективность процесса может быть повышена, если ее проводить многократно, используя каждый раз свежую порцию экстрагента для обработки одной и той же порции исходного раствора. Такой способ проведения процесса получил название многократной экстракции с перекрестным током экстрагента.

Из первой ступени однократной экстракции исходного раствора растворителемполученный рафинат состававводится во вторую ступень, где обрабатывается свежей порцией растворителя, полученную смесь расслаивают на рафинати экстракт. Процесс обработки ведут до тех пор, пока не получат рафинат заданного состава. Получаемые в каждой ступени порции экстракта содержат уменьшающееся количество распределяемого компонента.

Процесс многократной экстракции можно провести периодическим способом в одном аппарате с мешалкой. Для этого одну и ту же порцию исходного раствора обрабатывают несколькими порциями растворителя, каждый раз смешивая, расслаивая и выводя порцию экстракта из одного и того же аппарата.

При взаимной нерастворимости фаз процесс многократной экстракции с перекрестным током растворителя может быть представлен в диаграмме (рис. 3.50) рабочими линиями для каждой ступени, причем состав рафината после каждой ступени равен составу исходной смеси на входе в последующую ступень.

Недостатками способа являются большой расход свежего растворителя и его недостаточное насыщение в ступенях экстракции. Эти недостатки могут быть устранены, если использовать противоточное движение рафината и экстракта при многократной экстракции.

Многократная экстракция с противотоком растворителя. Исходный раствор самотеком перетекает из ступени в ступень, передавая распределяемый компонент эстрагенту.

В каждой ступени осуществляется однократная экстракция очищенного рафината более свежим противоточно движущимся растворителем. В последней ступени рафинат контактирует со свежим растворителем .

Противоток растворителя от последней ступени к первой (по току рафината) осуществляется насосами. На первой ступени насыщенный распределяемым веществом растворитель контактирует с исходным раствором и выходит в виде экстракта, предельно насыщенного распределяемым веществом.

Непрерывная противоточная экстракция.Схема непрерывной противоточной экстракции приведена на рис. 3.51а. Исходный раствор непрерывно стекает вниз, отдавая распределяемое вещество движущемуся противотоком экстракту. Такой процесс может быть осуществлен в насадочных или распылительных колоннах.

Рис. 3.51. Непрерывная противоточная экстракция:

а – схема процесса; б – изображение процесса в диаграмме

Ступенчатая противоточная экстракцияпроводится в колонном тарельчатом экстракторе. Процесс, проводимый по данной схеме (рис. 3.52), отличается тем, что состав сплошной фазы при переходе от ступени к ступени меняется скачкообразно, а состав дисперсной фазы по высоте аппарата – непрерывно.

При взаимной нерастворимости фаз процесс ступенчатой противоточной экстракции по всему аппарату может быть представлен на диаграмме в виде рабочей линииab.