3. Методы экстракции

533

цесса одноступенчатой экстракции. При этом предполагалось, что экстр- агент и растворитель' исходного раствора нерастворимы друг в друге, экстрагент равномерно распределяется между ступенями и содержит не- которое количество экстрагируемого компонента, т. е. имеет начальную концентрацию хПри достаточно большом числе ступеней указанным способом можно получать практически в чистом виде компонент А, оста- ющийся в рафинате, т. е. растворитель исходного раствора. Однако это связано с большими потерями данного компонента и уменьшением его выхода, так как на каждой ступени некоторая часть компонента А уда- ляется с экстрактом.

На каждую последующую ступень в качестве исходного раствора по- ступают все более обедненные экстрагируемым компонентом рафинаты Ях. Яз. • • •> Кп-1* поэтому концентрации экстрактов снижаются от первой (Ех) к последней (Е_п) ступени. В результате для получения рафи- ната высокой чистоты требуются большие объемные соотношения экстр- агента и исходного раствора, т. е. большой суммарный расход свежего экстрагента, что связано со значительным удорожанием процесса его регенерации. Вследствие указанных недостатков описанный способ экс- тракции находит ограниченное применение в промышленности. Так, его

используют в тех случаях, когда необходимо полу- чить, не считаясь с поте- рями, в весьма чистом виде компонент А и когда для этой цели можно при- менять дешевый экстр- агент (например, воду), причем не требуется ре- генерации экстрагента.

Многоступенчатая противоточная экстракция. Экстракция по этой схеме (рис. ХШ-11) особенно часто применяется в промышленности. Исходный раствор И и экстрагент 5 поступают с противоположных кон- црв установки, состоящей из последовательно соединенных ступеней, и движутся противотоком друг к другу. Конечный экстракт Е_х удаляется из первой ступени установки, а конечный рафинат Я_п — из последней ступени. При этом на последней (п-ой) ступени рафинат £?„_!, наиболее обедненный экстрагируемым компонентом В, взаимодействует со свежим экстрагентом 5, не содержащим (или содержащим незначительное коли­чество) этого компонента, а на первой ступени наиболее концентрирован­ный раствор компонента В (исходный раствор) взаимодействует с близ­ким к насыщению этим компонентом экстрагентом Е_г. Благодаря этому выравнивается движущая сила на концах установки, достигается вы­сокая средняя движущая сила процесса и осуществляется наибо­лее полное извлечение экстрагируемого компонента из исходного рас­твора.

При одинаковой чистоте конечного рафината в процессе противоточ- ной экстракции значительно уменьшается расход экстрагента и увеличи­вается выход рафината, но требуется большее число ступеней по сравне­нию с экстракцией при перекрестном токе. С технико-экономической точки зрения многоступенчатая противоточная экстракция является более эффективным процессом, чем экстракция в перекрестном токе.

Многоступенчатая противоточная экстракция проводится либо в си­стеме смесителей-отстойников, либо в колоннах различных конструкций (см. ниже).

Пусть, согласно схеме на рис. ХШ-11, на экстрагирование поступает ^ кг/сек исходного раствора и с противоположного конца аппарата подается 5 кг!сек экстрагента. Общий расход исходного раствора и экстрагента составляет М кг!сек.

Рис. ХШ-11. Схема многоступенчатой противоточной экстракции (/, 2 п — 1, п — ступени).

Гл. XIII. Экстракция

Как и для других методов экстракции, расчет процесса упрощается в том случае, если можно пренебречь взаимной растворимостью избира­тельного растворителя, или чистого экстрагента S, и растворителя исход­ного раствора А. При этом условии массы чистых растворителей А и S на ступенях не изменяются.

Выражая составы фаз в относительных концентрациях, отнесенных к 1 кг чистого растворителя, напишем уравнение материального баланса по экстрагируемому компоненту В для всей установки (см. рис. XIII-11):

А (Х₀ — х_п) = s (?{ - F_S)

Аналогично для п — 1 ступеней

А (Х„ — Х₀-х) — S (?!— К„) ' •

откуда

Уп = ~ (Xn-1-Xo) +Fi (XI11,22)

Уравнение (XIII,22) является уравнением рабочей линии, изображае­мой прямой с тангенсом угла наклона tg ос = А/S. В данном случае рас­чет сводится к построению (рис. XIII-12)-«ступенек» между рабочей ли­нией Y = q> (X) и равновесной линией F* = /(Х), начиная от точки а (Х₀, Fj) в пределах от Х₀ до Х,„ как было описано в главе X (стр. 429). Из рис. XIII-12 следует, что в рассматриваемом процессе чцсло требуемых теоретических ступеней равно двум.

Рис. ХШ-12. Изображение про- Рис. ХШ-13. Определение числа теоретических цесса многоступенчатой противо- ступеней при противоточной многоступенчатой точной экстракции иа прямоуголь- экстракции,

ной диаграмме Р—X (1, 2 — сту­пени).

В случае значительной взаимной растворимости фаз число требуемых теоретических ступеней при многоступенчатой противоточной экстракции определяется с использованием треугольной диаграммы (рис. ХШ-13) на основе материальных балансов для всего аппарата и отдельных его ступеней.

Материальный баланс для всего аппарата (см. рис. ХШ-11 и ХШ-13):.

М = р + З^Л_п + Е₁ (XIII,23)

Обозначив Е—Е_х — Р, представим уравнение баланса в виде

Р — Е_г = Я_п — Б *=• Р (XIII,24)

. Как видно из выражения (XIII,24), разность между массой исходного раствора Е и массой конечного экстракта Е_г равна разности между конеч­ным рафинатом #„■ и свежим экстрагентом & и каждая из них порознь равна Р.

Материальные балансы для ступеней приведены ниже:

1. ступень

^ + Е_г = + Е₁ или Г — Е₁ — — Е₂ — Р