Экстракция. Экстракция в системах жидкость. Коэффициент распределения. Кинетическая экстракция жидкостная

Экстракция

Экстракцией называется процесс избирательного извлечения компонентов из жидкой (или твердой) фазы при обработке ее растворителем.

Экстрагенты называют избирательными, или селективными, если они хорошо растворяют извлекаемые компоненты и практически не растворяют нежелательные компоненты.

Извлекающая фаза может состоять:

·  только экстрагент

·  смесь экстрагентов

·  раствор одного или нескольких экстрагентов в разбавителе, служащем для улучшения физ. (вязкость, плотность).

·   

В качестве разбавителей используют, как правило, жидкости (керосин, бензол, хлороформ и др.) либо их смеси.

Иногда к разбавителям добавляют модификаторы, повышающие растворимость экстрагируемых компонентов в извлекающей фазе или облегчающие расслаивание фаз (спирты, кетоны, трибутилфосфат и т.д.).

Экстракция в системах жидкость - жидкость применяется для разделения смесей: которые трудно или невозможно разделить путем дистилляции или перегонки из-за небольшой разности давления их паров, малой летучести или недостаточной термической стойкости, а также вследствие того, что они образуют азеотропные смеси.

В нефтепереработке процесс экстракции получил широкое промышленное применение при очистке масел, дизельных топлив, деасфальтизации, извлечении ароматических углеводородов и получении других нефтепродуктов.

При экстракции в разделяемую смесь вводят новую жидкость (экстрагент), которая может растворять один из ее компонентов и не смешивается с другими. Полученный раствор подлежит разделению методами перегонки или дистилляции. Поэтому общий расход энергии в процессе экстракции больше, чем при перегонке или дистилляции.

Один раствор, состоящий из растворителя и извлеченных компонентов, называется экстрактным, а второй раствор, включающий неизвлеченные компоненты и растворитель, называется рафинатным.

Для экстракции используют такие растворители: фенол, фурфурол, вода, диэтиленгликоль, жидкий пропан, бензол, диметилсульфоксид,

N-метилпирролидон

Сжиженные газы

Бензин

И т.д.

При экстракции извлекаемый компонент или смесь нескольких компонентов распределяется между экстрактным и рафинатным растворами в соответствии с законом фазового равновесия:

х₁/х₂=К                  (1)

где х₁ и х₂ — концентрации извлекаемого компонента в соответствующих фазах; K — коэффициент распределения.

Коэффициент распределения зависит от природы системы, ее состава и температуры; величина его определяется экспериментально.

Обычно с повышением температуры растворимость в обеих фазах возрастает и при некоторой температуре образуется однородный раствор (K®1).

ТРЕУГОЛЬНЫЕ   ДИАГРАММЫ

Пусть система состоит из трех компонентов А, В и L, представленных вершинами равностороннего треугольника ABL, а точка N внутри треугольника характеризует смесь указанных компонентов.

Если принять высоту треугольника за единицу или за 100 единиц, то длины отрезков a, bи l будут выражать состав смеси в долях единицы или в процентах. Это свойство позволяет использовать равносторонний треугольник для характеристики состава трехкомпонентной смеси.

Кинетика экстракции

Кинетически экстракция жидкостная представляет собой массопередачу, к-рая сопровождается разнообразными физ.-хим. процессами, происходящими на межфазной границе, в прилегающих к ней слоях и в объемах фаз.

Скорость экстракции, или количество в-ва, переходящего в единицу времени из одной фазы в другую, определяется по ф-ле:

где К - коэф. массопередачи; F - площадь межфазной поверхности,  - движущая сила процесса.

Если параметры v, F и известны, то можно найти значение плотности межфазного потока (j), коэф. массопередачи и обратную ему величину - наз. сопротивление массопередаче (R_м):

В зависимости от природы R_м или, иными словами, в зависимости от того, каким конкретно процессом (хим. р-цией или диффузией) лимитируется скорость извлечения в-ва, м. б. предложены различные способы воздействия на скорость экстракции.

Возможны два основных пути ее регулирования: 1) введением в экстракционную систему мех. энергии, затрачиваемой на принудит. перемешивание и диспергирование фаз с целью увеличения поверхности их контакта и коэф. массоотдачи в фазах; 2) воздействием на скорость хим. реакций и межфазных физ.-хим. процессов. В хим. технологии в качестве гл. фактора интенсификации экстракция жидкостная используют первый путь