logo
КАСАТКИН

3. Методы экстракции

При экстракции неорганических веществ обычно извлекают одно или несколько веществ из водной фазы одним экстрагентом.

При разделении экстракцией смесей органических веществ в зависи- мости от числа применяемых экстрагентов различают:

  1. экстракцию одним экстрагентом в системах, состоящих минимум из трех компонентов (двух разделяемых компонентов исходного раствора и экстрагента);

  2. экстракцию двумя экстрагентами (фракцион- ная экстракция) в системах, состоящих минимум из четырех компонентов (двух компонентов исходного раствора, распределяющихся между двумя несмешиваю-

щимися экстрагентами).

Экстракция одним экстр- агентом наиболее распро- странена. Рассмотрим раз- ные варианты этого процес- са на примере ступен- чатой экстракции, раз- личные способы осуществле-

ния которой приведены ниже. Рис- XIII-8. Схема одноступенчатой экстракции:

Одноступенчатая (одно- 1 ~ смеситель; 2 — сепаратор-отстойник,

кратная) экстракция. Этот

простейший метод заключается в том, что исходный раствор /•" и экстр­агент 5 перемешиваются в смесителе / (рис. ХШ-8), после чего раз­деляются на два слоя: -экстракт Е и рафинат Я. Разделение обычно происходит в сепараторе-отстойнике 2. При таком однократном взаимо­действии экстрагента и исходного раствора при достаточном времени контакта могут быть получены близкие к равновесным составы экс­тракта и рафината.

Таким образом, количество экстрагируемого вещества фиксировано законом равновесного распределения и степень его извлечения является относительно низкой. Степень извлечения можно повысить путем увели­чения количества используемого экстрагента, но с увеличением объемного соотношения потоков экстрагента и исходного раствора снижается кон­центрация экстракта, что удорожает извлечение конечного продукта. По этим причинам одноступенчатую экстракцию применяют в промышлен­ной практике лишь в тех случаях, когда коэффициент распределения очень высок.

Процесс может проводиться как периодически, так и непрерывным способом — при непрерывном возврате экстрагента в смеситель (после его. регенерации).

Ниже приводится расчет одноступенчатого процесса экстракции, лежащий в основе расчета процессов многоступенчатой экстракции (см. ниже)^

Первоначально рассмотрим наиболее простой случай, когда фазь практически взаимно нерастворимы.

Пусть А кг растворителя исходного раствора концентрацией Х0 сме­шиваются с 5 кг экстрагента, причем в результате экстракции получают^ равновесные фазы: рафинат концентрацией X и экстракт концентра-

530

Гл. XIII. Экстракция

цией У (в кг/кг растворителя). Весовое соотношение фаз Ь! материальный баланс по распределяемому веществу

АХ0 — АХ

откуда

Х0 = Х + 4-У= Х+Ъ'У

Тогда

Учитывая, что У = тХ, находим

Х0 = X + Ь'тХ

Следовательно, концентрация получаемого рафината

Хо

Х = -

и концентрация экстракта

тХ0

1 + Ь'т

Достигаемая степень извлечения распределяемого вещества

5К Ь'т е

где г—Ьт

4 АХ о 1 -г Ь’т экстракционный фактор (см. стр. 415).

1+8

(XIII, 12)

(XIII,13)

(XIII,14)

Величина е имеет важное технико-экономическое значение при прове­дении процессов экстракции. Чтобы остаточное содержание экстрагируе­мого компонента в рафинате было низким, экстракционный фактор дол­жен быть больше единицы. Однако при больших значениях г возрастает стоимость регенерации экстрагента. В первом приближении оптималь­ные значения е лежат в пределах 1,2 <<е <2.

8

Рис. ХШ-9. Изображение процесса одноступенчатой экстракции:

а — на прямоугольной диаграмме У—X; б на треугольной диаграмме (х А — весовая доля компонента А в рафннате! хв н уВ — весовая доля компо­нента В в рафннате н экстракте соответственно; 1— весовая доля экстраген­та £ в экстракте).

Рассмотрим первоначально случай,’ когда взаимной растворимостью экстрагента 5 и растворителя А исходного раствора можно пренебречь, а пользоваться треугольной диаграммой затруднительно из-за близости линий при построениях. При таких условиях используем диаграмму У—X в прямоугольных координатах (рис. ХШ-9, а).

Для__построения процесса на У—Х-диаграмме наносят равновесную линию У* — / (X) и откладывают на оси абсцисс начальную точку рабо­чей ^инии с координатами (Х <— Х0 и Т = 0). Из точки р проводят пря­мую под углом tg а = ’—А/Б, так как из материального баланса по рас-

Yandex.RTB R-A-252273-3

Yandex.RTB R-A-252273-4