Экстракцией называется процесс избирательного поглощения компонентов жидкой смеси другими не растворимыми или частично растворимыми в ней жидкостями или «сверхкритическими флюидами», называемыми экстрагентами. Поглощаемые компоненты называют экстрагируемыми или распределяемыми, а компоненты исходной смеси не растворимые или частично растворимые в экстрагенте инертными или растворителями. В результате экстракции, как правило, образуются две жидкие фазы: экстракт раствор извлеченных компонентов в экстрагенте и рафинат остаток исходной смеси, обедненный распределяемыми компонентами.
Использование экстракции для разделения жидких смесей имеет смысл при условии экономической целесообразности. Как правило, это достигается в следующих случаях: 1. Разделение разбавленных растворов, если удается подобрать экстрагент, извлекающий компоненты, содержащиеся в малых концентрациях, что позволяет получить их концентрированный раствор в экстрагенте. Последующая ректификация малого количества экстракта потребует меньших затрат, чем ректификация большого количества исходной смеси; 2. Разделение азеотропных смесей или смесей компонентов с близкими летучестями; 3. Разделение смесей, растворитель в которых разлагается при высоких температурах, что не позволяет использовать процесс ректификации.
При проведении процесса экстракции можно выделить следующие стадии: диспергирование одной из фаз (исходная смесь, экстрагент) в другой для обеспечения развитой поверхности их контакта и больших значений коэффициентов массопередачи; собственно экстракция; отделение экстракта от рафината; 4) регенерация экстрагента.
Основные требования, предъявляемые к экстрагенту: а) экстрагент должен обладать избирательностью (селективностью), извлекая из исходной смеси лишь необходимые (целевые) компоненты и, по возможности, не растворять остальные; б) гидромеханическое отделение экстракта от рафината возможно при различии плотности этих фаз отсюда требование на существенное отличие плотности экстрагента от плотности инертных компонентов; в) экстрагент и поглощаемые им компоненты должны обладать существенными различиями в летучести для успешного разделения экстракта с помощью ректификации или десорбции для сверхкритических флюидов. коэффициент селективности
Исходная смесь состоит из двух компонентов А и В, экстрагент S извлекает только распределяемый компонент В, а инертный компонент А в экстрагенте S абсолютно нерастворим.
Схемы процесса одноступенчатой экстракции: а) 1 смеситель; 2 – сепаратор; б) условное обозначение ступени Материальный баланс Условие равновесия
- фактор массопередачи Степень извлечения
Схема процесса многоступенчатой перекрестной экстракции
Схема процесса многоступенчатой противоточной экстракции
Изображение процесса непрерывной противоточной экстракции на Y-X диаграмме Рабочая линия
По способу проведения процесса экстракторы можно подразделить на: - ступенчатые, в которых фазы достигают состояния близкого к равновесному (ступенчатая экстракция); - дифференциально-контактные, в которых фазы движутся противотоком друг к другу в неравновесных условиях (непрерывная противоточная экстракция). В зависимости от источника энергии, используемой для диспергирования и перемещения фаз, экстракторы подразделяются на: - аппараты без подвода дополнительной энергии; с подводом дополнительной энергии. В зависимости от рода сил, под действием которых происходит сепарация фаз, различают: гравитационные; центробежные экстракторы.
Экстракторы без подвода дополнительной энергии Полый колонный распыли-тельный экстрактор: 1 – колонна; 2 – распылитель; 3 – трубы для ввода тяжелой фазы; 4 – гидрозатвор; 5 – вентили
Полочные колонные экстракторы: а) с сегментными перегородками, б) с чередующи-мися перегородками типа диск-кольцо. Экстрактор с ситчатыми тарелками: 1 – тарелки;2 – сливные устройства для перетока тяжелой фазы. Экстракторы без подвода дополнительной энергии
Экстракторы с подводом дополнительной энергии. Роторно-дисковый экстрактор: 1 – вал ротора с дисками; 2 – кольцевые перегородки.
Экстракторы с подводом дополнительной энергии. Центробежный экстрактор:1 – вал; 2 – ротор; 3 – перфорированные перегородки.
