Методы экстракции

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

При разделении экстракцией смесей органических веществ в зависи­мости 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 (фракцион­ная экстракция) в системах, состоящих минимум из четырех компонентов (двух компонентов исходного раствора, распределяющихся между двумя несмешивающимися экстрагентами).

Экстракция одним экстр­агентом наиболее распро­странена. Рассмотрим раз­ные варианты этого процес­са на примере ступен­чатой экстракции, раз­личные способы осуществле­ния которой приведены ниже.

Одноступенчатая (одно­кратная) экстракция. Этот простейший метод заключается в том, что исходный раствор F и экстрагент S перемешиваются в смесителе 1 (рис. XVI-2), после чего раз­деляются на два слоя: экстракт Е и рафинат R. 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.

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

Пусть А кг растворителя исходного раствора концентрацией ₀ сме­шиваются с S кг экстрагента, причем в результате экстракции получаются равновесные фазы: рафинат концентрацией и экстракт концентрацией (в кг/кг растворителя). Весовое соотношение фаз b' = S/A. Тогда материальный баланс по распределяемому веществу

откуда

Учитывая, что = m , находим

Следовательно, концентрация получаемого рафината

(XVI,1)

и концентрация экстракта

(XVI,2)

Достигаемая степень извлечения распределяемого вещества

(XVI,3)

где e = b′m — экстракционный фактор.