и материальных балансов, а также на закономерностях, описывающих производительность оборудования.

2.5.2. Методы экстракции

Для проведения жидкостной экстракции применимы любые принципиальные схемы, возможные при осуществлении других массообменных процессов.

В промышленных экстракционных процессах наиболее часто используются многоступенчатые противоточные экстракторы в батарее смесителей и отстойников или тарельчатой колонне и др.

Простейшим и наиболее широко применяемым в лабораторных условиях является одноступенчатая экстракция (рис. 2.10).

Экстракт

Исходная Смеситель смесь

Отстойник

Экстрагент Рафинат

Рис. 2.10. Одноступенчатая экстракция

Этот метод наименее эффективен и редко применяется в промышленном масштабе.

В данном процессе всегда устанавливается состояние очень близкое к равновесному.

Поэтому количество экстрагируемого вещества фиксировано равновесными состояниями и количеством использованного экстрагента.

При однократной экстракции степень разделения компонентов исходного раствора относительно низка. Процесс проводится периодически или непрерывным способом.

Многоступенчатая экстракция в перекрестном токе представлена на рис.

2.11.

Исходная смесь Смеситель 1

Экстрагент

Экстракт 1				Экстракт 2
1		2
Отстойник				Отстойник
	Смеситель 2					Смеситель 3

Экстрагент Экстрагент

Рис. 2.11. Многоступенчатая экстракция (прямоток или перекрестный ток)

Конечный

кстракт

Отстойник 3

Конечный

рафинат

Общее количество экстрагента делится на несколько частей. Исходный раствор обрабатывается этими частями свежего экстрагента в нескольких последовательно соединенных ступенях.

Степень извлечения зависит от распределения экстрагента по ступеням. При постоянном коэффициенте распределения наилучшие результаты достигаются в случае равномерного распределения экстрагента по ступеням.

Этот метод может применяться как в периодическом процессе, так и процессе, проводимом в единичном смесителе-отстойнике, или в непрерывном процессе при использовании ряда смесителей-отстойников, последовательно соединенных друг с другом.

Непрерывная противоточная многоступенчатая экстракция представлена на рис. 2.12.

Исходная смесь

Смеситель 3

Отстойник 1

Конечный		Экстракт 2
экстракт
			2
			Отстойник
	Смеситель 2						Свежий экстракт
						Смеситель 1
Рафинат					Рафинат

Экстракт 1

Отстойник 3

Конечный

рафинат

Рис. 2.12. Противоточная многоступенчатая экстракция

Противоточная многоступенчатая экстракция (рис. 2.12) аналогична процессу разделения в тарельчатой дистилляционной колонне. Экстракт и рафинат движутся непрерывно через систему, противотоком друг к другу.

При этом может быть использовано любое число ступеней (обычно 3-6). При заданном количестве экстрагента и одинаковом числе ступеней эффективность такого процесса выше эффективности многоступенчатой экстракции в перекрестном токе (рис. 2.11).

Непрерывная противоточная дифференциальная экстракция представлена на рис. 2.13.

Исходная смесь

Продукт	Удаление	Рафинат	Колонный	Экстракт Удаление	Продукт
(рафинат)	экстракта		экстрактор	экстракта	(экстракт)

Рецеркулирующийэкстракт

Рис. 2.13. Непрерывная противоточная экстракция с регенерацией экстрагента из экстракта

При дифференциальном методе экстракции одна из фаз распределяется (диспергируется) в другой фазе (сплошной), через которую она непрерывно движется в условиях противотока. Диспергироваться может экстрагент или исходный раствор. Процесс можно проводить в насадочной или распылительной колонне.

При наступлении равновесия в системе теоретически достигается максимальная эффективность процесса.

Непрерывная противоточная экстракция с флегмой (рис. 2.14)

Экстракт

Удаление

Экстрагент

экстрагента

чистый

Исходная смесь

Флегма

Продукт

Колонный

экстракт

экстрактор

Рецеркулирующий

Рафинат

экстракт

Флегма

Продукт

Удаление

Смеситель

рафинат

экстрагента

Рецеркулирующий экстракт

Рис. 2.14. Непрерывная противоточная экстракция с флегмой (частичным возвратом экстракта и рафината)

Если один из компонентов исходного раствора частично растворим в экстрагенте, то с помощью противоточной экстракции нельзя полностью разделить этот раствор на компоненты.

Принцип орошения флегмой в процессах экстракции и дистилляции аналогичен: конечный экстракт при использовании флегмы может находиться в равновесии с рафинатом (или с экстрактом, из которого удалена часть экстрагента). Обычно применение флегмы в процессах экстракции связано с ограничениями, которые отсутствуют в процессах дистилляции.

Возврат флегмы не должен приводить к полной взаимной растворимости компонентов на любом из концов системы, т.е. состав смесей жидкостей должен соответствовать двухфазной области. Плотность флегмы должна отличаться от плотности экстракта (или рафината).

Даже при наличии флегмы конечные экстракт и рафинат теоретически не могут содержать соответствующих чистых компонентов исходного раствора, за исключением того случая, когда экстракт ограничено смешивается с обоими компонентами исходной смеси (рис. 2.11) Если экстрагент полностью смешивается с экстрагируемым компонентом (рис.2.10), то растворитель, входящий в состав исходного раствора, теоретически может быть выделен абсолютно чистым, но конечный экстракт всегда будет представлять собой смесь двух компонентов.

Использование флегмы для более глубокого разделения исходного раствора на экстракт и рафинат требует применения больших количеств экстрагента, но позволяет достичь высокой степени разделения даже с мало селективными экстрагентами.

При возврате части рафината степень извлечения экстрагируемого вещества увеличивается даже в том случае, если экстрагент более селективен по отношению к растворителю, входящему в состав исходного раствора.

Если на экстракцию подается водный раствор, а экстрагент селективен по отношению к воде, то растворенное вещество может быть полностью извлечено при использовании экстрагента, предварительно насыщенного водой. Вода при этом является отходом. Получаемый в этом процессе экстракт является, естественно, более разбавленным, чем исходный раствор. Это соответствует использованию для экстракции флегмы рафината. Возможность применения флегмы должна быть определена применительно к конкретной экстракционной системе по имеющимся для нее равновесным данным.

2.6. Процессы перегонки. Дистилляция и ректификация

2.6.1. Основные понятия и определения

Процесс разделения компонентов жидкой смеси путем его частичного испарения и раздельного удаления пара и остатка, называется дистилляцией. Более летучие компоненты исходной смеси при этом имеют повышенную концентрацию в паре, а менее летучие – повышенную концентрацию в жидком остатке. Полнота разделения зависит от некоторых свойств компонентов и от способа проведения дистилляции.

В общем понятие «дистилляция» применяется к процессам испарения, при которых образующиеся пары обычно выделяются путем конденсации. Термин «выпаривание», как правило, обозначает удаление воды из водных растворов нелетучих веществ путем испарения. Образующиеся при этом пары не улавливаются.

Ректификация представляет собой многократную дистилляцию, проводимую таким образом, что пар непрерывно и в противотоке вступает в соприкосновение со сконденсированной порцией пара.

При затрате того же количества тепла этот процесс обеспечивает большее обогащение пара летучими компонентами, чем это можно достигнуть при однократной дистилляции.