Экстракция

Экстракция

Экстракцией в широком смысле
называют процессы извлече­ния одного
или нескольких компонентов из растворов
или твердых тел с помощью избирательных
растворителей (экстрагентов). При
взаимодейст­вии с экстрагентом в нем
хорошо растворяются только извлекаемые
ком­поненты и значительно слабее или
практически вовсе не растворяются
остальные компоненты исходной смеси.

В химической технологии экстракция
из растворов экстрагентами бо­лее
распространена, чем экстракция из
твердых тел. Экстракция из твер­дых
веществ или квазитвердых материалов
(например, из тканей расти­тельного
сырья) применяется главным образом в
лесохимической, пище­вой и фармацевтической
промышленности. В химической технологии
ис­пользуют в основном экстракцию из
твердых пористых веществ водой или
водными растворами кислот и щелочей
(процессы выщелачивания).

Как следует из главы X,
процесс массоотдачи в твердой фазе
сущест­венно отличается от массоотдачи
в жидкостях, поэтому процессы экстрак­ции
в системах жидкость — жидкость и в
системах жидкость — твердое тело должны
рассматриваться раздельно.

Процессы экстракции в системах жидкость — жидкость Общие сведения

Процессы экстракции в системах
жидкость — жидкость находят ши­рокое
применение в химической, нефтеперерабатывающей
и нефтехими­ческой и других отраслях
промышленности. Они эффективно
использу­ются для выделения в чистом
виде различных продуктов органического
и нефтехимического синтеза, извлечения
и разделения редких и рассе­янных
элементов, очистки сточных вод и т. д.

Экстракция в системах жидкость
— жидкость представляет собой диффузионный
процесс, протекающий; с участием двух
взаимно нерас­творимых или ограниченно
растворимых жидких фаз, между которыми
рас­пределяется экстрагируемое
вещество (или несколько веществ). Так,
на­пример, очистку сточных вод
производят экстракцией бутил ацетатом,
в ко­торый предпочтительно переходят
одноатомные и многоатомные фенолы.

Для повышения скорости процесса
исходный раствор и экстрагент приводят
в тесный контакт, осуществляемый обычно
многократно. В ре­зультате взаимодействия
фаз получают экстракт — раствор
извлечен­ных веществ в экстрагенте
и рафинат — остаточный исходный раствор,
из которого с той или иной степенью
полноты удалены экстрагируемые
компоненты. Полученные жидкие фазы
(экстракт и рафинат) отделяются друг от
друга отстаиванием, иногда центрифугированием
или другими ме­ханическими способами.
После этого производят извлечение
целевых про­дуктов из экстракта и
регенерацию экстрагента из рафината.

Соответствующие компоненты
выделяются из экстракта либо ректи­фикацией,
либо путем реэкстракции, например
перевода их в водный раствор. Во избежание
потерь экстрагента, растворенного или
унесенного рафинатом, экстрагент
выделяют ректификацией или экстракцией
другим растворителем и возвращают для
последующего использования.

Принципиальная схема процесса
непрерывной экстракции приведена на
рис. ХIII-1,а. Процесс
собственно экстракции происходит в
колон­ном экстракторе 1, после чего
производится выделение извлеченных
ве­ществ из экстракта (в ректификационной
колонне2 и экстрагента из рафината
(в ректификационной колонне3).

На рис. ХIII-1,
б показана типичная схема экстракции
солей металлов, отличающаяся тем, что
после колонного экстрактора4 соли
извлекаются из экстракта путем перевода
их в водный раствор (реэкстракции) в
колон­не 5. Экстрактор4 может
иметь, как видно из рисунка, промывную
сек­цию для дополнительной отмывки
экстракта от нежелательных примесей.

Рис ХIII-1
Принципиальнее схемы процесса экстракции
в системах жидкость — жидкость:

а — непрерывная экстракция;
б — экстракция солей металлов; 1 —
колонный экстрактор;2 — ре­ктификационная
колонна для выделения извлеченных
веществ из экстракта,3 — ректификационная
колонна для регенерации экстрагента
из рафината;4 — колонный экстрактор;
5 — колонна для реэкстракции.

В ряде случаев процесс экстракции
усложняется, в частности, вслед­ствие
химической реакции, протекающей в объеме
или на поверхности раздела фаз. При
определенных условиях для лучшего
разделения исход­ного раствора
применяют специфические способы
экстракции. Так, на­пример, исходный
раствор, представляющий собой смесь
органических веществ, оказывается
целесообразным обрабатывать двумя
взаимно не­растворимыми экстрагентами,
между которыми распределяются извле­каемые
компоненты. Для облегчения перехода
экстрагируемых компонентов, например
солей металлов, в органическую фазу
иногда применяют высаливание,
осуществляемое путем добавки соли с
одноименными ионами в исходный водный
раствор, а также регулируют кислотность
или рН раствора, концентрацию экстрагента
в инертном раз­бавителе, служащим для
уменьшения его вязкости, и т. д.

Основным достоинством процесса
экстракции по сравнению с другими
процессами разделения жидких смесей
(ректификацией, выпариванием и др.)
является низкая рабочая температура
процесса, который проводится наиболее
часто при нормальной (комнатной)
темпера­туре. При этом отпадает
необходимость в затратах тепла на
испарение раствора. Кроме того, при
экстракции обычно возможно из
многочислен­ных растворителей
подбирать высокоизбирательный экстрагент,
отличаю­щийся по химическим свойствам
от компонентов исходной смеси и час­то
позволяющий достичь более полного
разделения, чем это осуще­ствимо с
помощью других массообменных процессов.
Вместе с тем при­менение дополнительного
компонента — экстрагента и необходимость
его регенерации приводит к некоторому
усложнению аппаратурного оформле­ния
и удорожанию процесса экстракции.

При извлечении летучих веществ
экстракция может успешно конкури­ровать
с ректификацией в тех случаях, когда
разделение ректификацией либо затруднено,
а иногда и практически невозможно
(разделение смесей, состоящих из
близкокипящих компонентов и азеотропных
смесей), либо сопряжено с чрезмерно
высокими затратами (извлечение вредных
приме­сей или ценных веществ из сильно
разбавленных растворов). Так, напри­мер,
извлечение уксусной кислоты из ее
малоконцентрированных водных растворов
экстракцией этилацетатом (или смесью
этилацетата и бензола) является
значительно более экономичным, чем
выделение ректификацией, так как,
несмотря на довольно большую разность
температур кипения воды и кислоты,
относительная летучесть их невелика.
Кроме того, не­обходимость испарения
очень больших количеств воды весьма
удорожает ректификацию.

Экстракция незаменима для
разделения смесей веществ, чувствитель­ных
к повышенным температурам, например
антибиотиков, которые мо­гут разлагаться
при разделении их ректификацией или
выпариванием. Применение экстракции
часто позволяет эффективно заменять
такие про­цессы, как разделение
высококипящих веществ с использованием
глубо­кого вакуума, например молекулярной
дистилляцией, или разделение смесей
методом фракционированной кристаллизации.

Экстракция может служить также
экономичным и эффективным мето­дом
разделения сложных смесей на классы
соединений одинакового хими­ческого
состава, температуры кипения которых
перекрывают друг друга (разделение
ароматических и предельных углеводородов,
кипящих в том же интервале температур).

Весьма перспективно применение
экстракции для разделения смесей
неорганических веществ, когда другие
способы разделения неприменимы. Процессы
жидкостной экстракции в настоящее время
успешно исполь­зуются для переработки
ядерного горючего, получения циркония
и гаф­ния и многих других редких
металлов. С помощью экстракции можно
по­лучать высокочистые цветные и
благородные металлы.

В ряде случаев значительный
эффект достигается при сочетании
экст­ракции с другими процессами
разделения. Примерами подобных
комби­нированных процессов являются:
разделение близкокипящих и азеотроп­ных
смесей с помощью экстрактивной
ректификации, предварительное
концентрирование разбавленных растворов
посредством экстракции пе­ред
выпариванием и ректификацией, которые
проводятся при этом с мень­шим расходом
тепла.

Leave a Comment