3. Методы экстракции

537

Возврат части экстракта в виде флегмы, улучшая разделение и повы­шая чистоту конечных продуктов, приводит вместе с тем к увеличению расхода экстрагента (что эквивалентно большему расходу тепла при ректификации), увеличению размеров и удорожанию экстракционной

-5(>£ Г

Регенерация

экстрагента.

Рис. ХШ-15. Схема многоступенчатой противоточной экстракции с флег­мон (1, 2, . . ., п — 1, п — ступени).

установки. Поэтому выбор доли возвращаемого экстракта, соответству- ющей флегмовому числу при ректификации, должен производиться на основе технико-экономического расчета.

Отмечая сходство процессов экстракции и ректификации, где анало- гом экстракта является паровая фаза, аналогом рафината — жидкая

фаза, а относительная летучесть компонентов подоб- на избирательности при экстракции, следует подчерк- нуть, что эта аналогия не полная. Так, использование флегмы при экстракции связано с определенными ог- раничениями. Например, возврат флегмы должен быть таким, чтобы составы смесей жидкостей (экстракта и рафината) соответствовали двухфазной области на тре- угольной диаграмме, т. е. чтобы этот возврат не при- водил к полной взаимной растворимости компонентов.

В принципе возможно также использование флегмы рафината, но ее применение значительно менее эф- фективно, чем орошение экстрактом, и, по-видимому, нецелесообразно.

Многоступенчатая экстракция двумя растворителя- ми (экстрагентами). Процесс экстракции двумя несме- шивающимися друг с другом экстрагентами носит на- звание фракционной экстракции. При- менение в качестве экстрагента однородной смеси из двух, а иногда и большего числа компонентов позво- ляет повысить его селективность, а также изменить некоторые другие свойства, влияющие на массопере- дачу, например снизить межфазное натяжение или уменьшить вязкость. Процесс фракционной экстрак- ции отличается наибольшей разделяющей способностью по сравнению с другими методами экстрагирования, описанными выше.

В простейшем случае в процессе участвуют четыре компонента: два компонента исходного раствора (А + В) и два экстрагента (5_г + 5₂). Один из экстрагентов,

например 5_Х, извлекает преимущественно компонент В и образует фазу экстракта, а другой экстрагент 5₂, в котором растворяется главным об- разом компонент А, образует фазу рафината. Процесс проводится при ступенчатом или непрерывном взаимодействии компонентов.

На рис. ХШ-16 показана схема непрерывной фракционной экстрак­ции, проводимой в колонном аппарате. Исходная смесь поступает в сред­нюю часть экстракционной колонны /, более тяжелый экстрагент

¹ 5/й

'=Я+8

-3,+Д

Ж

Рис. ХШ-16. Схе­ма фракционной экстракции в ко­лонном аппарате:

а — секция экстрак­ции; 6 — секция от­мывки; 1 — экстрак­ционная колонна; 2. 3 — установки для регенерации каждого из экстрагентов соот­ветственно.

Гл. XIII. Экстракция

подается в верхнюю часть колонны, а более легкий — в ее нижнюю часть. Экстракт (5_Х + В) и рафинат (5_г 4- А) отбираются с противополож­ных концов колонны. Экстрагенты 5_Х и 5₂ извлекаются соответственно в установках 2 и 3.

Экстрагент 5] называется экстрагирующим. Соответственно часть колонны между точками ввода этого экстрагента и исходного рас­твора, где осуществляется обогащение экстракта, носит название сек­ции э к с т р а к ц а и (секция а на рнс. ХШ-16). Экстрагент 5₂ назы­вается п р о м ы в н ы м, а нижняя часть колонны (между точками ввода исходного раствора и экстрагента 5₂), в которой происходит очистка, или исчерпывание, рафината,— секцией отмывки (секция б). В не­которых случаях фракционную экстракцию проводят с орошением аппа­рата флегмой.

Нетрудно заметить, что между процессами фракционной экстракции и ректификации также имеется аналогия, которая уже отмечалась выше.

Можно отметить также, что, в отличие от органических веществ, не­органические вещества при выделении их экстракцией обычно присут­ствуют в исходном водном растворе, из которого они извлекаются органи­ческим экстрагентом. Их выделение (см. рис. XIII-1, б), по существу, соответствует процессу экстракции двумя растворителями (вода 4- орга­нический экстрагент).

Экстракция' двумя экстрагентами применяется главным образом для разделения веществ с близкой растворимостью, например смесей редко­земельных элементов. Этот метод экстракции требует значительных рас­ходов экстрагентов и поэтому является относительно дорогим.

Методы расчета многоступенчатой экстракции с двумя экстрагентами (растворителями) приводятся в специальной литературе*.

_ч4. Устройство экстракционных аппаратов

В зависимости от вида контакта между жидкими фазами экстракторы, как и другие массообменные аппараты, бывают: 1) ступенчатые, где изменение состава фаз происходит скачкообразно, от ступени к сту­пени, из которых состоит аппарат; 2) дифференциально-кон- т а к т н ы е, в которых изменение состава фаз приближается к непре­рывному.

Обычно в экстракторах для создания возможно большей поверхности контакта фаз и, соответственно, для. увеличения скорости массопередачи одна из жидкостей (дисперсная фаза) распределяется в другой жидкости (сплошная фаза) в виде капель. В зависимости от ис­точника энергии, используемой для диспергирования одной фазы в дру­гой и перемешивания фаз, экстракторы каждой из указанных выше групп могут быть подразделены на аппараты, в которых диспергирование осу­ществляется за счет собственной энергии потоков (без введения допол­нительной энергии извне), и аппараты с введением внешней энергии во взаимодействующие жидкости. Эта энергия подводится посредством ме­ханических мешалок, сообщения колебаний определенной амплитуды и частоты (пульсаций или вибраций), путем проведения экстракции в поле центробежных сил и другими способами.

В экстракторах после каждого процесса перемешивания следует раз­деление (сепарация) фаз. В зависимости от рода сил, под действием кото­рых осуществляется сепарация, различают экстракторы с разделением фаз в поле сил тяжести — под действием разности удельных весов фаз (гравитационные экстракторы) и экстракторы с разделением фаз в поле центробежных сил (центробежные экстракторы).

* См. например: Трейбал Р. Е. Жидкостная экстракция. М. «Химия», 1966. 724 с,