Головна

   Велика Радянська Енциклопедія

Екстракція

   
 

Екстракція (від позднелат. Extractio - витяг), екстрагування, процес розділення суміші рідких або твердих речовин за допомогою виборчих (селективних) розчинників (екстрагентів).

Процес Е. включає 3 послідовні стадії: змішання вихідної суміші речовин з екстрагентом; механічне розділення (розшаровування) двох фаз, що утворюються; видалення екстрагента з обох фаз і його регенерацію з метою повторного використання. Після механічного поділу отримують розчин витягується речовини в екстрагентів (екстракт) і залишок вихідного розчину (рафінат) або твердої речовини. Виділення екстрагованого речовини з екстракту і одночасно регенерація екстрагента проводиться і т. п. Достоїнствами Е. є низькі робочі температури, рентабельність добування речовин з розбавлених розчинів, можливість розділення сумішей, що складаються з блізкокіпящіх компонентів, і азеотропних сумішей, можливість поєднання з іншими технологічними процесами (ректифікацією, кристалізацією), простота апаратури і доступність її автоматизації. Недоліком Е. у ряді випадків є трудність повного видалення екстрагента з екстрагованих речовин. , Е. підпорядковується законам , дифузії , і рівноважного розподілу. При Е. з рідин після змішання вихідного розчину з екстрагентом і розшарування утворилася суміші концентрація у екстрагується речовини (В) у фазі екстракту більше його концентрації х у фазі рафінату. При взаємної нерастворимости екстрагента (С) і розчинника (Л) вихідного розчину залежність у від для рівноважної системи (для якої

позначається як

) зображується в діаграмі у - х рис. 1 х, а). Якщо розчин розбавлений, а речовина у в екстракті знаходиться в неасоційованих і недиссоциированном станах, ставлення ур? (Коефіцієнт розподілу) - величина постійна, не залежна від концентрації, і лінія рівноваги в діаграмі у - х ( є прямою, інакше функція концентрації, і лінія рівноваги криволинейна. В Завжди залежить від температури, практично не залежить від тиску; визначається він експериментальним шляхом. Унаслідок короткочасності і недосконалості акта змішання екстрагента і вихідного розчину дійсна (робоча) концентрація завжди менше рівноважної Ступінь наближення Kp - характеризує ефективність Е., а різниця Kp -y

є його рушійною силою. у В результаті одноразової Е. можлива порівняно невелика ступінь вилучення речовини ур. з вихідного розчину, тому вдаються до багаторазового повторення актів змішування і подальшого розшаровування взаємодіючих фаз при їх зустрічному русі (у к ур рис. 1 yp, б). Якщо у вихідному розчині концентрація речовини зменшується від

до В то його концентрація у фазі екстракту зростає від 0 до З рівняння матеріального балансу Е.: Dy В = W x1 - x x2, = М???? y1. (Де

- відповідно витрати чистого екстрагенту і чистого розчинника) можна визначити витрату екстрагента: 1 Рівняння (а) описує пряму (см. (x1 рис. 1 2), а), що проходить через точки з координатами ((а)

0) і (D и W ). У наведених виразах


концентрації відносно чистого розчинника і чистого екстрагенту С. Очевидно, що за інших рівних умов витрата екстрагента зростає в міру зменшення концентрації () речовини x1, в рафінаті та зменшення його концентрації x1, y1 в екстракті. x1 и y1- Кінетика Е. описується загальним рівнянням А масообміну x2. M = K В cF y1 де

М - кількість екстрагованого речовини, К - коефіцієнт массопередачи, t, - середня різниця концентрацій екстрагується речовини в обох фазах, F - величина міжфазної поверхні, t - час. Величина однозначно визначається заданими концентраціями с х, у , тому для досягнення великих значень прагнуть збільшити

шляхом турбулізації потоків взаємодіючих фаз і с F - шляхом диспергування однієї з фаз (екстрагента або вихідного розчину) на дрібні крапельки. Точне значення и ур поки не може бути розраховане теоретичним шляхом, тому ефективність процесу Е. висловлюють, як і при ректифікації або абсорбції, числом ступенів рівноваги (ідеальних тарілок). Графічне визначення числа ступенів рівноваги показано на М рис. 1 К, а У разі часткової розчинності розчинника і екстрагента З рівновага системи зображується в площині рівностороннього трикутника (К рис. 1 , в). Кожній точці всередині трикутника відповідає потрійна суміш, в якій концентрації компонентів А, В, С . вимірюються довжинами перпендикулярів, опущених на протилежні сторони. Під кривою А EG (бінодальной кривої) розташована область гетерогенних сумішей, а над кривою - гомогенних розчинів. Процеси Е., оскільки в них чергуються акти змішування і розшаровування фаз, протікають тільки в гетерогенної області. Змішавши вихідний розчин з деякою кількістю екстрагента, отримаємо потрійну гетерогенну суміш Р, яка розшаровується на екстракт і рафінат з концентрацією екстрагується речовини В. Якщо тепер змішати рафінат зі свіжою порцією екстрагента, отримаємо нову гетерогенну суміш P , яка розшарується на екстракт Q і рафінат R з більш низькою концентрацією . Положення прямих QR 1 називається Коноді, визначається для кожної системи експериментальним шляхом. Продовжуючи акти змішування і розшаровування, можна добиватися подальшого зниження концентрації компонента Q1 в рафінаті, тобто підвищення ступеня Е. Цілком очевидно, що число побудованих конод (їх може бути скільки завгодно) дорівнює числу ступенів рівноваги. У наведеному прикладі періодичної Е. після кожного акту змішування і розшаровування падає концентрація R1 як в рафінаті, так і в екстракті. Для підвищення концентрації речовини Q1 в екстракті і більшого його вичерпання з рафінаду в багатьох випадках вдаються до Е. з так званої зворотної флегмою. Сутність цього процесу зводиться до часткового відділенню екстрагента від екстракту і вихідного розчинника від рафінату і зворотного повернення часткою цих фракцій в апарат назустріч йдуть потокам. Для екстракційного поділу двох компонентів ( и Q1R1,), особливо з близької розчинністю у вихідному розчиннику, часто використовують два екстрагента з різною селективністю. Вихідний розчин надходить у середню частину екстрактора, один з екстрагентів - у верхню частину, інший - в нижню. В результаті компонент В переходить у фазу одного екстрагента, компонент В у фазу іншого (В рис. 2

). B1 и B2 Найбільш ефективна безперервна Е., здійснювана в багатоступінчастих апаратах (екстракторах) при противотоке вихідного розчину і екстрагента. У цьому випадку задана ступінь Е. досягається при найменшому витраті екстрагента. Багатоступінчасті екстрактори (див. B1 рис. 3 B2 -, а, б, в) звичайно являють собою вертикальні колони, розділені поперечними перфорованими тарілками, обертовими дисками, мішалками і т. п. на щаблі (секції). У кожному ступені відбувається перемішування взаємодіючих фаз і їх розшарування. Т. о., Вихідний розчин і екстрагент багаторазово перемішуються і розшаровуються. Ефективність цих апаратів оцінюється ккд окремих ступенів або висотою апарату, еквівалентній одному щаблі рівноваги - теоретичної тарілці (див. Ректифікація Значить, поширення набули екстрактори сітчатие і з механічним перемішуванням. В ситчатих (

рис. 3 , а) ступені розмежовані перфорованими горизонтальними тарілками і повідомляються між собою переливними трубками. Одна з контактуючих рідин, проходячи через отвори тарілок, диспергується, чим створюється велика поверхня контакту з зустрічної рідиною, що протікає по переливним трубках у вигляді суцільної фази. Екстрактори з механічним перемішуванням діляться на роторно-дискові ( рис. 3 , б) і з чергуються змішувальними і відстійними насадочними секціями ().

рис. 3 , в). В роторно-дискових екстракторах обертові диски перемішують і диспергируют рідини, після чого вони розшаровуються. В екстракторах із змішувальними і насадочними секціями лопатеві або турбінні мішалки розміщені на загальному вертикальному валу поперемінно з шарами нерухомої насадки (кільця Рашига, спіралі, пакети сіток та ін.) Перемішані рідини, пройшовши через шари насадки, розшаровуються. Застосовуються також екстрактори з безперервним контактом взаємодіючих фаз (розпилювальні, насадочні), не розділені на отд. щаблі, їх ефективність при достатній висоті вимірюється кількома ступенями. Розпилювальні екстрактори ( рис. 3 , г) забезпечені соплами, інжекторами і т. п. для диспергування взаємодіючих рідин. Такі апарати відрізняються простотою і високою продуктивністю, але порівняно невисокою ефективністю. Кілька більш ефективні, але менш продуктивні насадочні екстрактори ( рис. 3 , д), наповнені кільцями Рашига, кільцями Паля та ін Часто використовуються ящикові екстрактори, які розділені вертикальними перегородками на щаблі, кожна з яких складається з змішувальної і відстойної камер ( рис. 4 ). Розташовані в камері змішувача турбінні мішалки перемішують рідини і одночасно транспортують їх з щаблі в ступінь. Такі екстрактори можуть працювати при будь-якому співвідношенні вихідного розчину і екстрагента, зберігаючи при цьому робочі концентрації рідин при припиненні процесу. Для Е. нестійких сполук (наприклад, антибіотиків) використовуються відцентрові екстрактори, ротор яких складається з набору циліндрів, перфорованих з обох кінців, або спіральних стрічок. Вихідний розчин і екстрагент рухаються назустріч один одному, причому більш важка рідина - від центру до периферії, а легша - у зворотному напрямку. Контакт рідин відбувається на шляху їхнього руху, а диспергування - при проходженні через перфоровані частини циліндрів. Е. з твердих речовин зображається діаграмою фазового рівноваги, показаної на рис. 1, а У цьому випадку залежно від конструкції використовуваного апарату екстрагент проходить або через шар нерухомої твердої фази, або перемішується з нею, або рухається в противотоке до твердої фази, переміщуваної різними транспортними пристроями. Застосовується, наприклад, безперервний протиточний екстрактор (

рис. 5

), де тверда фаза переміщається перфорованими шнеками уздовж

-образного циліндричного корпусу назустріч екстрагенту. Екстракт відводиться через Проціджувач - циліндричний лист з вертикальними прорізами. Е. широко застосовується в хімічній, нафтопереробній, металургійній, фармацевтичній, харчовій та ін галузях промисловості, наприклад для добування ароматичних вуглеводнів з нафтопродуктів, масляних фракцій з сірчистих нафт, фенолу із стічних вод, антибіотиків з культуральних рідин, металів (у т. ч. рідкісних) або їх з'єднань з руд, багатьох природних органічних сполук з рослинної сировини (цукру з буряка і тростини, масла з соєвих бобів і олійного насіння, таннина з деревної кори, фармацевтичних препаратів з коріння і листя рослин і т. п.). . Н. І. Гельперин, В. Л. Пебалк. Е. в аналітичній хімії та радіохімії. Для хімічного аналізу елементів, а також при поділі, концентрировании та очищення радіоактивних ізотопів найбільше застосування знайшла Е. з водних розчинів. Екстрагенти при цьому служать спирти, кетони, прості і складні ефіри, аміни, ефіри фосфорної кислоти, хелатообразующіе з'єднання та ін Екстрагенти використовують в сумішах з разбавителями - рідинами, які служать для поліпшення фізескіх (в'язкість, щільність) або екстракційних властивостей екстрагентів. розріджувачів можуть бути гас, бензол, хлороформ і т. п. Основні напрямки Е. у аналітичній хімії наступні: 1) виборче витяг цільових елементів з сумішей для кількостей, аналізу; 2) визначення вмісту домішок в досліджуваних речовинах, що особливо важливо в техніці одержання особливо чистих речовин. Перевагами Е. у аналітичній хімії є: висока вибірковість, простота здійснення, універсальність (тобто можливість виділення практично будь-якого елемента). У радіохімії Е. використовується головним чином для очищення різних радіоактивних речовин від домішок; витягання і розділення радіоактивних ізотопів з опромінених мішеней; виділення природних радіоактивних ізотопів з різних об'єктів і т. д. U Перевагою Е. при роботі з короткоживущими радіоактивними ізотопами є також експресному. У таких процесах екстрагенти повинні володіти радіаційної стійкістю. Для забезпечення безпеки людини при Е. радіоактивних речовин застосовують дистанційне управління.

У багатьох випадках використання Е. у аналітичній хімії та радіохімії поєднують з іншими методами (

© хроматографією

, співосадження,

дистиляцією

і т. д.).

С. С. Бердоносов Літ.: Пратт Г. Р. К., Екстракція рідина - рідина в теорії і практиці, в збірці: Рідинна екстракція, М., 1958; Фомін В. В., Хімія екстракційних процесів, М., 1960; Моррісон Дж., Фрейзер Г., Екстракція в аналітичній хімії, пров. з англ., Л., 1960; Екстракція в аналітичній хімії та радіохімії. [СБ ст.]. під ред. Ю. А. Золотова, М., 1961; Шкоропад Д. Є., Лисковца І. В., Відцентрові рідинні екстрактори, М., 1962; Зюлковський 3., Рідинна екстракція в хімічній промисловості, пров. з пол., Л., 1963; Трейбал P., Рідинна екстракція, пров. з англ., М., 1966; Броунштейн Б. І., Железняк А. С., Фізико-хімічні основи рідинної екстракції, М. - Л., 1966; 3олотого Ю. А., Кузьмін Н. М., Екстрактціонное концентрування, М., 1971; Хімія процесів екстракції, М., 1972; Аксельруд Г. А., Лисянський В. М., Екстрагування, Л., 1974. дистилляцией и т. д.).

© С. С. Бердоносов.

© Лит.: Пратт Г. Р. К., Экстракция жидкость - жидкость в теории и практике, в сборнике: Жидкостная экстракция, М., 1958; Фомин В. В., Химия экстракционных процессов, М., 1960; Моррисон Дж., Фрейзер Г., Экстракция в аналитической химии, пер. с англ., Л., 1960; Экстракция в аналитической химии и радиохимии. [Сб. ст.]. под ред. Ю. А. Золотова, М., 1961; Шкоропад Д. Е., Лысковцов И. В., Центробежные жидкостные экстракторы, М., 1962; Зюлковский 3., Жидкостная экстракция в химической промышленности, пер. с польск., Л., 1963; Трейбал P., Жидкостная экстракция, пер. с англ., М., 1966; Броунштейн Б. И., Железняк А. С., Физико-химические основы жидкостной экстракции, М.- Л., 1966; 3олотов Ю. А., Кузьмин Н. М., Экстрактционное концентрирование, М., 1971; Химия процессов экстракции, М., 1972; Аксельруд Г. А., Лысянский В. М., Экстрагирование, Л., 1974.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
© 2014-2022  vre.pp.ua