Экстракция.

Жидкостная экстракция применяется для очистки сточных вод содержащих фенолы, органические кислоты, ионы металлов и т.д. Экстракция может быть выгодным процессом если стоимость известняковых веществ компенсирует затраты на его проведение. Для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3 – 4 г/л их рационально извлекать экстракцией чем адсорбцией. При концентрации менее 1 г/л экстракция применяется в особых случаях очистки. Механизм очистки экстракции состоит из трех стадий:

1. интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). Между жидкостями образуется две жидкие фазы . одна фаза – экстракт содержит извлекаемое вещество и экстрагент; другая фаза – рафинад – сточную воду и экстрагент;

2. выделение экстрагента и рафинада;

3. регенерация экстрагента из экстрагента и рафинада;

При выборе растворителя следует учитывать его селективность физико – химические свойства; стоимость и способы регенерации.

Экстрагент должен отвечать следующим требованиям:

• растворять извлекаемое вещество лучше, чем вода; т.е. обладать высоким коэффициентом распределения;

• обладать высокой селективностью растворения – чем меньше он будет растворять компоненты, которые должны остаться в воде. Тем более полно будут извлекаться необходимые вещества;

• иметь по возможности наибольшую растворяющую способность по отношению к известному компоненту. Чем она выше тем меньше потребуется экстрагента, т.е. тем ниже будут затраты на очистку;

• иметь низкую растворимость в сточной воде и не образовывать устойчивых эмульсий, так как из – за этого снижается производительность установок , затрудняется разделение экстракта и рафинада , увеличивается продолжительность процесса, возникают потери растворителя;

• значительно отличаться по плотности от сточной воды. Обычно она меньше: разность плотностей обеспечивает быстрое и полное разделение фаз;

• обладать большим коэффициентом диффузии. Чем он больше, тем больше скорость массообмена, т.е. скорость процесса экстракции;

• регенерироваться простым и дешевым способом;

• не взаимодействовать с извлекаемым компонентом, так это затрудняет регенерацию экстрагента и увеличивает его потери;

• по возможности не быть вредным, взрыво – и огнеопасным , не вызывать коррозию металла аппаратов;

• иметь не высокую стоимость.

Экстрагент должен равномерно распределяться в объеме сточной воды. Скорость подачи экстрагента в сточную воду должна быть минимальной. Она зависит от степени очистки и коэффициента распределения который выражается отношением растворенного вещества в экстрагенте в виде: К_р = С_э/С_β

Это выражение является законом равновесного распределения и характеризует динамическое равновесие между концентрациями экстрагируемого вещества в экстрагенте и воде при данной температуре. Коэффициент распределения устанавливается опытным путем и зависит от природы компонентов системы. Наличия примесей в воде и экстрагенте и температуры.

Иногда экстрагент частично растворяется в сточной воде, поэтому коэффициент распределения будет зависеть не только от температуры, но и от концентрации извлекаемого вещества в рафинаде, т.е. величиной переменной.

При содержании в сточной воде нескольких примесей целесообразно извлекать экстракцией сначала один из компонентов – наиболее ценный или токсичный, а затем другой из компонентов.

При этом для каждого из компонента может быть разный экстрагент. При необходимости одновременной экстракции нескольких веществ из сточной воды экстрагент не должен обладать селективностью извлечения, а иметь близкие и достаточно высокие коэффициенты распределения для всех извлекаемых веществ. Проведение такого процесса очистки затрудняет выбор экстрагента и его регенерацию.

Необходимость извлечения экстрагента из экстракта связана с тем, что его надо вновь вернуть в процесс экстракции. Регенерация может быть проведена вторичной экстракцией с другим растворителем. А так же выпариванием, дестиляцией, химическим взаимодействием или осаждением. Не проводить регенерацию возможно, в случае если нет необходимости возвращать его в цикл. Например: после извлечения, какого – либо вещества экстрагент можно использовать для технических целей или в качестве топлива. В этом случае экстрагируемые вещества при сжигании разрушаются. Это можно делать, когда они не предоставляют большой ценности.

При частичном растворении экстрагента в сточной воде становится новым загрязнителем ее, поэтому необходимо удалять экстрагент из рафината. Потери растворителя с рафинатом допустимы при условии его растворяемости в воде не выше ПДК, и только при его низкой стоимости. Наиболее распространенным методом извлечения растворителя из рафината является адсорбция или отгонка паром (газом). При этом используется отработанный пар или отходящие дымовые газы.

Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной ступенчатой многократной экстракции. Схема многоступенчатой установки представляет собой батарею смесителей и отстойников. Каждая ступень состоит из смесителя воды с экстрагентом и отстойника. Свежий экстрагент и сточная вода поступают с противоположной стороны. В первой степени сточная вода с небольшим содержанием примесей перемешивается со свежим экстрагентом а в последующей ступени исходная сточная вода смешивается с экстрагентом который уже содержит значительное количество извлекаемого вещества. Такое движение потоков способствует эффективной очистке сточных вод.

Экстракция проводится в аппаратах различной конструкции: распределительных, посадочных, тарельчатых колонках, а тек же центробежных экстрагеторах.

Схема многократной противоточной экстракции.

1,2,3 – смесители; 1’,2’,3’ – отстойники