рідинна екстракція
Екстракція в системах рідина-рідина - процес поділу, заснований на витяганні одного або декількох розчинених речовин з однієї рідини іншою рідиною, практично не змішується з першою.
Процес знаходить широке застосування в хімічній, нафтопереробній, нафтохімічній та інших галузях промисловості. Ефективно використовується для виділення в чистому вигляді різних продуктів органічного і нафтохімічного синтезу, вилучення і розділення рідких і розсіяних елементів, очищення стічних вод.
Екстракція - масообмінних процес, що протікає за участю двох взаємно нерозчинних або обмежено розчинних рідких фаз, між якими розподіляється екстрагованих речовин (або кілька речовин). Так, наприклад, при очищенні стічних вод екстракцією з використанням бутилацетата як екстрагента в нього переважно переходять одноатомні та багатоатомні феноли.
Для підвищення швидкості процесу вихідний розчин і екстрагент призводять в тісний контакт. В результаті взаємодії фаз виходить екстракт - розчин витягнутих речовин в екстрагенті і рафінат - залишковий вихідний розчин, з якого в певній мірі видалені екстрагуються компоненти. Отримані рідкі фази (екстракт і рафінат) відокремлюються одна від одної відстоюванням, центрифугуванням або іншими механічними способами. Після цього виробляються витяг цільових продуктів з екстракту і регенерація екстрагента з рафінаду.
Відповідні компоненти виділяються з екстракту і рафината або ректифікацією, або реекстракції. Це робиться, щоб уникнути втрат екстрагента, розчиненого або якого віднесло Рафінат, екстрагент необхідний для повторного використання. Процеси екстракції і ректифікації вважаються основними способами розділення рідких однорідних сумішей.
Нехай в розчиннику L розчинено розподіляється речовина М і концентрація розчину (вихідної суміші) незначна. Підбирається другий розчинник G (екстрагент), яким можна екстрагувати розподіляється речовина М з вихідного розчину і отримати концентрований розчин розподіляється речовини в розчиннику G + M (екстракт) і очищений від розподіляється речовини розчинник L (рафінат).
Оскільки витрата тепла на ректифікацію різко зменшується з ростом концентрації вихідної речовини в суміші, що, попереднє екстрагування дозволяє значно скоротити витрати тепла на поділ вихідної суміші. Принципова схема поєднання процесів екстракції і ректифікації приведена на рис. 4.47.
Мал. 4.47. Принципова схема суміщених процесів екстракції і ректифікації
Для регенерації екстрагента замість ректифікації можна використовувати також просту перегонку з водяною парою, випарювання, вторинну екстракцію (реекстракції), рідше - кристалізацію і хімічне очищення.
Основною властивістю екстрагента є його селективність. яка характеризує його здатність переважно витягувати один з двох, трьох або більше компонентів розчину. Найкращим вважається той, який розчиняє найбільшу кількість одного компонента і якомога менша кількість інших з багатокомпонентного розчину. Висока селективність знижує витрату екстрагента, дозволяє більш економічно проводити процес.
Крім високої селективності екстрагент повинен володіти також значною ємністю по відношенню до екстрагуються компоненту. Якщо ця вимога не виконується, то зростає кількість циркулюючого екстрагента і знижується економічність процесу.
Застосовуються три групи екстрагентів:
1) органічні кислоти або їх солі. до них відносяться: феноли, нафтенові кислоти, сульфокислоти і т.п. Застосовуються для вилучення катіонів металів в органічну фазу з водної. Наприклад, очищення стічних вод екстракцією виробляють бутилацетатом, в який переважно переходять одноатомні та багатоатомні феноли;
2) солі органічних підстав. до них відносяться солі первинних, вторинних і третинних амінів і т.п. Застосовуються для вилучення аніонів металів з водних розчинів;
3) нейтральні розчинники (вода, спирти, альдегіди, кетони і т.п.).
Під час вилучення летких речовин екстракція конкурує з ректифікацією, особливо при поділі сумішей, що складаються з блізкокіпящіх компонентів або азеотропних сумішей.
Екстракція незамінна при поділі сумішей речовин, чутливих до підвищених температур, наприклад антибіотиків, які можуть розкладатися при поділі їх ректифікацією або виправними.
Значні перспективи має застосування екстракції для поділу сумішей неорганічних речовин, коли інші способи поділу незастосовні. Процеси рідинної екстракції успішно використовуються для переробки ядерного пального, отримання цирконію, гафнію і багатьох рідкісних металів. За допомогою екстракції можна отримувати високочисті кольорові і благородні метали.