В системах жидкость-жидкость экстракция основана различии растворимости выделяемых компонентов смеси в жидких растворителях, составляющих две фазы взаимно нерастворимых жидкостей и целевой компонент, распределяемый между ними.
Жидкая фаза, участвующая в процессе называется экстрагентом, а второй исходный расход.
Экстракция отличается от других массообменных процессов низкой температурой. Экстрагент – это вещество, извлекающее целевой компонент из исходного раствора. Каждый растворитель при экстракции компонента имеет предельную емкость, при достижении которой растворитель насыщается компонентом.
Требования к растворителю:
1) избирательность по отношению к целевому компоненту;
2) высокая экстракционная емкость;
3) легко осуществляемая реэкстракция;
4) хорошая расслаеваемость фаз;
5) безопасность при работе;
6) стойкость при хранении
7) низкая стоимость.
Типы растворителей:
1) Органические кислоты или исходные соли, которые извлекают катионы металлов в органическую фазу из водной;
2) Соли органических оснований с помощью которых извлекают анионы металлов из водных;
3) Нейтральные растворители.
Коэффициент распределения – отношение целевого компонента в экстракте и равновесном содержанию этого компонента в рафинате.
Колонные экстракторы
Рисунок: схема колонного распылительного (полого) экстрактора):1 – экстрактор; 2 – диспергирующее устройство.
1) Распылительные (полые) экстракторы представляют собой пустотелые колонны, заполненные одной из взаимодействующих жидкостей. На рисунке представлен экстрактор 1, заполненный тяжелой жидкостью L. Более легкая жидкость G распыляется в нее с помощью диспергирующего устройства 2, установленного в нижней части аппарата. Если в качестве сплошной фазы используется легкая жидкость, тяжелая жидкость распыливается в нее сверху.
На некотором уровне капли дисперсной фазы сливаются и образуют слой, отделенный от сплошной фазы поверхностью раздела. Над ней установлен патрубок для отвода экстракта. Из нижней части колонны постоянно отводится сплошная фаза в качестве рафината.
Распылительные колонны обладают высокой производительностью, но малоэффективны, что объясняется укрупнением капель дисперсной фазы и обратным перемешиванием вследствие возникновения местных циркуляционных токов, нарушающих противоток фаз.
2) В пульсационных экстракторах ввод дополнительной энергии в двухфазный поток осуществляется путем придания возвратно-поступательного движения (пульсации) жидкостям в рабочей зоне аппарата. Пульсация жидкостей увеличивает турбулизацию потоков и степень дисперсности фаз, повышая тем самым эффективность массопередачи в насадочных экстракторах или экстракторах с ситчатыми тарелками.
Для придания возвратно-поступательного движения жидкостным потокам используют бесклапанный поршневой, плунжерный или мембранный насос, или специальные пневматические устройства.
Режим работы пульсационного экстрактора зависит от интенсивности пульсации, характеризуемой произведением амплитуды (расстояния между крайними положениями уровня жидкости в экстракторе за один цикл) на частоту пульсации (число циклов в единицу времени). При малой интенсивности пульсации попеременно диспергируются легкая жидкость в слой тяжелой жидкости над тарелкой (первый период цикла) и тяжелая жидкость в слой легкой жидкости под тарелкой (второй период цикла). При увеличении интенсивности пульсации рабочая зона равномерно заполнена мелкими каплями, движущимися противотоком в сплошной фазе.
При дальнейшем увеличении интенсивности пульсации наступает захлебывание экстрактора вследствие образования стойкой эмульсии.
3) В центробежных экстракторах в качестве дополнительной механической энергии, обеспечивающей эффективное диспергирование, повышение относительной скорости движения фаз, а также интенсивного разделения, используется центробежная сила.
Центробежные экстракторы являются интенсивно работающими аппаратами. Значительные скорости движения жидкости обусловливают их высокую производительность и компактность.
Недостатками центробежных экстракторов по сравнению с другими типами аппаратов является их высокая стоимость и значительные затраты на эксплуатацию и ремонт из-за сложности конструкции.
ТЕМА 4. АДСОРБЦИЯ.
Адсорбция — массообменный процесс избирательного поглощения компонентов из газовых (паровых) систем и жидкостей твердыми поглотителями-адсорбентами.
Адсорбция широко применяется в промышленности при очистке и осушке газов, выделении компонентов из растворов, разделении газожидкостных смесей. Процесс адсорбции используется в хроматографических методах разделения газовых смесей и в газовой хроматографии — эффективном методе анализа состава газов и паров, а также в качестве одного из методов инженерной защиты окружающей среды.
По сравнению с другими массообменными процессами адсорбция наиболее эффективна в случае малого содержания извлекаемого компонента в исходной смеси.
Различают два вида адсорбции: физическую и химическую.
Физическая адсорбция вызывается силами взаимодействия молекул поглощаемого вещества с адсорбентом без образования химических связей.
Химическая адсорбция (хемосорбция) характеризуется химическим взаимодействием между средой и адсорбентом, что позволяет образовывать новые химические соединения на поверхности и внутри адсорбента.
Десорбция — процесс обратный адсорбции, заключающийся в извлечении из адсорбента адсорбированных веществ, предназначенный для восстановления его первоначальных свойств.
Адсорбенты и ионообменные смолы
В качестве адсорбентов в промышленности используют твердые материалы, обладающие большой удельной поверхностью. Существенное значение имеет также химическая стойкость адсорбента в рабочей среде, его механическая прочность и крупность частиц.
