Технології // Рідинна екстракція
Рідинна екстракція це переклад одного або декількох компонентів розчину з однієї рідкої фази в контактує і не змішувати з нею іншу рідку фазу, що містить виборчий розчинник (екстрагент). Один з масообмінних процесів хімічної технології. Використовується для вилучення, розділення і концентрування розчинених речовин.
Рідинна екстракція є одним з найбільш поширених процесів хімічної технології. На частку рідинної екстракції припадає близько 20% всіх витрат хімічної промисловості. Широке поширення отримали екстракційні методи у фармацевтичній, нафтопереробній промисловості, а також в атомній енергетиці.
Екстрагенти забезпечують перехід цільових компонентів з вичерпним (важкої) фази, яка найчастіше є водним розчином, в витягують (легку) фазу (зазвичай органічну рідину). Дві контактують рідкі фази і розподіляється між ними цільової компонент утворюють екстракційну систему. Витягувати фаза включає тільки екстрагент (або суміш екстрагентів) або є розчином одного або дек. екстрагентів в розчиннику, який слугує для поліпшення фізичних (в'язкість, щільність) і екстракційних властивостей екстрагентів. Як розріджувачів використовують, як правило, рідини (гас, бензол, хлороформ і ін.) Або їх суміші, які в вичерпується фазі практично нерозчинні і інертні по відношенню до вилученими компонентів розчину. Іноді до розріджувачів додають модифікатори, що підвищують розчинність екстрагованих компонентів в витягає фазі або полегшують розшарування фаз (спирти, кетони, трибутилфосфат і т. Д.).
Основні стадії рідинної екстракції:
- приведення в контакт і диспергування фаз;
- поділ або розшарування фаз на екстракт (витягує фаза) і рафінат (вичерпні фаза);
- виділення цільових компонентів з екстракту і регенерація екстрагента, для чого поряд з дистиляцією наиб, часто застосовують реекстракції (процес, зворотний рідинної екстракції), обробляючи екстракт водними розчинами веществв, що забезпечують повний переклад цільових компонентів в розчин або осад і їх концентрування;
- промивка екстракту для зменшення вмісту і видалення механічно захопленого вихідного розчину.
У будь-якому екстракційному процесі після досягнення необхідних показників вилучення фази повинні бути розділені. Емульсії, що утворюються при перемішуванні, зазвичай термодинамічно нестійкі, що обумовлено наявністю надлишкової вільної енергії внаслідок великої міжфазної поверхні. Остання зменшується через коалесценции (злиття) крапель дисперсної фази. Коалесценція енергетично вигідна (особливо в бінарних системах) і відбувається до тих пір, поки не утворюються 2 шари рідини.
Поділ емульсій здійснюється, як правило, в 2 стадії. Спочатку досить швидко осідають (спливають) і коалесціруют великі краплі. Значно більш дрібні краплі залишаються у вигляді "туману", який відстоюється досить довго. Швидкість розшаровування часто визначає продуктивність апаратури всього екстракційного процесу. На практиці для інтенсифікації поділу фаз використовують відцентрові сипи і застосовують різні пристрої або насадки, які мають у своєму розпорядженні в відстійниках. У ряді випадків розшарування сприяє електричне поле.
Основні вимоги до промислових Екстрагенти:
висока вибірковість;
висока екстракційна ємність за цільовим компоненту;
низька розчинність в рафінаті;
сумісність з розчинниками;
легкість регенерації; висока хімічна, а в ряді випадків і радіаційна стійкість; негорючість або досить висока температурара спалаху (більше 600С);
невисока летючість і низька токсичність;
доступність і невисока вартість.
Найбільш поширені промислові екстрагентів поділяють на класи:
- нейтральні, витяг коториміримі здійснюється за різними механізмами в залежності від кислотності вихідного розчину - вода, фосфорорганічні сполуки (в основному, трібугілфосфат), нафтові сульфоксиди, насичені спирти, прості і складні ефіри, альдегіди, кетони та ін .;
- кислі, які витягують катіони металів в органічну фазу з водної - фосфорорганічні к-ти (ді (2-етилгексил) фосфорна кислота), карбонові і нафтенові кислоти, сульфокислоти, алкілфеноли, хелатообразующіе з'єднання (гідроксіоксіми, алкілгідроксіхіноліни, бета-дикетони);
-основні, за допомогою яких витягують аніони металів з водних розчинів - первинні, вторинні, третинні аміни та їх солі, солі четвертинних амонієвих, фосфонієві і арсоніевих підстав і ін.
Термодинамічно рідинна екстракція - мимовільний процес вирівнювання хім. потенціалів в-в в контактують фазах.
Рідинну екстракцію здійснюють в екстракторах, з одноразовим і багаторазовим контактом фаз. При багатоступінчастої екстракції ступенями поділу служать окремі екстрактори або їх секції.
Багаторазова екстракція, найбільш поширена в промисловості, проводиться безперервно і за способом руху фаз поділяється на противоточную, полупротівоточную і перекрестноточную. Найчастіше застосовують противоточную екстракцію 1-м екстрагентів з числом ступенів зазвичай до 10. Для трудноразделяемих компонентів число ступенів досягає 70-100.
Чіткість розділення вихідної суміші можна підвищити, використовуючи такі способи. При рідинної екстракції зі зворотним флегмою екстрагент і рафінат частково відокремлюються від відповідного екстракту і вихідного розчину; далі певні частки цих фракцій назад повертаються в екстрактор назустріч йде потокам (процес проводять подібно ректифікації). При рідинної екстракції з двома несмещівающіміся екстрагентами кожен з них вибірково розчиняє будь-який компонент або групу компонентів екстракційної системи системи.