ЖИДКАЯ ЭКСТРАКЦИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Жидкостная экстракция – это процесс извлечения вещества, называемого целевым компонентом, из одной жидкой фазы в другую. Экстракционную систему образуют две взаимно нерастворимые жидкости и распределяемый между ними целевой компонент. Экстракционные системы бывают двух типов: 1) органическая фаза — распределяемый компонент— водная фаза;

2) органическая фаза — распределяемый компонент — органическая фаза.

Две жидкие фазы — экстрагент и исходный раствор участвуют в процессе экстракции. Результаты процесса экстракции называются экстрактом и рафинатом.

Цели, достигаемые в процессе экстракции: 1) избирательное извлечение вещества из исходного раствора; 2) разделение веществ, содержащихся в исходном растворе и получение их в чистом виде; 3) концентрирование извлекаемых веществ.

Экстрагент представляет собой органический рас­творитель, экстрагирующий вещество из исходного раствора. Во многих случаях жидкостная экстракция ос­ложняется химической реакцией. В та­ких процессах ионы вещества или не­заряженные частицы в исходном растворе первоначально вступают во взаимодействие с компонентами экстра­гента, а затем продукты реакции рас­творяются в экстрагенте. Экстракционным реагентом называется органический реагент, который входит в со­став экстрагента, (или используется как самостоятельная фаза) и образует с извлекаемым компонен­том комплекс или соль, способные экстрагироваться. Для улучшения физических (плотность, вязкость) или экстракционных (напри­мер, избирательность) свойств экстрагента экстрак­ционный реагент растворяют в инертном органиче­ском растворителе (в так называемом разбавителе). Под инертностью растворителя подразумевается не­способность образовывать соединения с извлекае­мым веществом.

Каждый экстрагент в процессе экстракции опреде­ленного компонента имеет предельную емкость, которая вы­ражается в г/л или моль/л. При ее достижении эк­страгент насыщается извлекаемым компонентом.

Коэффициент распределения D – это отношение равновесной аналитической концентрации распределяемого компонента в экстракте у к его равновесной концентрции в рафинате Х

Величина D — это основная экспериментальная характеристика процесса. Об экстракционной способности экстрагента судят по значению коэффициента распределения. Способность данного экстрагента извлекать целевой компо­нент зависит от D. В экстрак­ционных системах D = 1÷10000. Коэффициент распределения зависит от температуры и концентрации компонен­та в исходном растворе. В разбавленных растворах D не зависит от концентрации.

Экспериментальным путем определяют коэффициенты распределения. Экстракцию ведут при длительном перемешивании в изо­термических условиях (при постоянной температуре), тщательно разделяют фазы при тех же температурных условиях и отобран­ные пробы анализируют на содержание распределяемого компо­нента.

Разделение компонентов, содержащихся в исходном растворе, и их выделение в чистом виде методом экстракции основано на различиях растворимости в экстрагенте. Коэффициентом распределения характеризуется растворимость количест­венно. Условием разделения должно быть D₁/D_{2 ,} если для двух компонентов, содержащихся в исходном растворе, имеем коэффициенты распределения D₁ и D₂,. Хорошего разделения достигают, когда D₁ значительно больше D₂. Коэффициент (фактор) разделения используется S для оценки разделяющей способности экстрагента:

Значение коэффициента распределения всегда должно быть меньше, чем в числителе соотношения (1). Величина S должна быть не менее 2 для практических целей. Таким образом, коэффици­ент разделения показывает, во сколько раз отношение равновес­ных концентраций разделяемых компонентов в экстракте больше такого же отношения в рафинате.

Реэкстракция – это процесс обратного из­влечения вещества из экстракта путем обработки специальным раствором, реэк­страгентом, а получаемый продукт (чаще всего это раствор) — реэкстрактом. Реэкстраген­том часто являются вода, водные растворы, органические вещества, нераствори­мые в экcтpагенте.

Изотерма экстракции- это кривая изменения концент­раций компонентов в экстрагенте в зависимости от их концентра­ции в исходном растворе при равновесных условиях. Удобность кривой в том, что каждая ее точка непосредственно показывает соответствующие концентрации в обеих фазах, и, сле­довательно, по ней можно узнать коэффициенты распределе­ния во всем диапазоне концентраций. Типичные изотермы экст­ракции приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Изотермы экстракции

1,2-y=f(x); 3-y=Dx

y, x-равновесые концентрации вещества

(в г/л, моль/л или массовых долях)

в экстракте и рафинате, соответственно.

Наиболее чаще на практике встречаются изотермы 1 и 2, у которых коэффициенты распределения не постоянны, а зависят от концентраций компонентов в экстракте и рафинате. Изотермы 3, у которых отношение концентраций постоянно (D = const)', срав­нительно редки. Во многих случаях для удобства технологических расчетов на отдельных рабочих участках изотерм 1 и 2, где отношения концентраций отличаются незначительно, коэффициент распреде­ления принимают постоянным.

Установить предель­ную концентрацию извлекаемого компонента в экстрагенте возможно благодаря изотерме экстракции. На изотермах 1 и 2 участки кривых, приближающиеся к линии, па­раллельной оси х, указывают на то, что данные концентрации в экстрагенте являются предельны­ми. Это свидетельствует о насы­щении экстрагента извлекаемым веществом.

Список литературы:

1. Зюлковский Здислав. Жидкостная экстракция в химической промышленности [Текст] / Пер. с польского инж. А. В. Плисса; Под ред. проф. П. Г. Романкова. - Ленинград : Госхимиздат. [Ленингр. отд-ние], 1963. - 479 с. : С. 5-15