Процеси екстракції в системах рідина-рідина знаходять широ-де застосування в хімічній, нафтопереробній та Нафтохім-чеський і інших галузях промисловості. Вони ефективно викорис-ся для виділення в чистому вигляді різних продуктів органічного і нафтохімічного синтезу, вилучення і розділення рідких і рассе-янних елементів, очищення стічних вод і т.д.
Екстракція в системах рідина-рідина є масообмінних процес, що протікає за участю двох взаємно нерас-творяться або обмежено розчинних рідких фаз, між якими розподіляється екстрагованих речовин (або кілька речовин). Так, наприклад, очищення стічних вод проводять екстракцією бутилацетатом, в який переважно переходять одноатомні та багатоатомні феноли.
Для підвищення швидкості процесу вихідний розчин і екстрагент призводять в тісний контакт. В результаті взаємодії фаз отримують екстракт - розчин витягнутих речовин в екстрагенті і рафінат - залишковий вихідний розчин, з якого з тим або іншим ступенем повноти видалені екстрагуються компоненти. Отримані рідкі фази (екстракт і рафінат) відокремлюються одна від одної відстоюванням, іноді центрифугуванням або іншими механічними способами. Після цього виробляють витяг цільових продуктів з екстракту і регенерацію екстрагента з рафінаду.
Відповідні компоненти виділяються з екстракту або ректифікацією, або шляхом реекстракції, наприклад переведення їх у водний розчин. Щоб уникнути втрат екстрагента, розчиненого або якого віднесло Рафінат, екстрагент виділяють ректифікацією або екстракцією іншим розчинником і повертають для подальшого використання.
Принципова схема процесу безперервної екстракції наведена на рис. XVI-1, а. Процес власне екстракції відбувається в колонному екстракторі 1, після чого проводиться виділення витягнутих речовин з екстракту (в ректифікаційної колоні 2) і екстрагента з рафінаду (в ректифікаційної колоні 5).
На рис. XVI-1, б показана типова схема екстракції солей металів, що відрізняється тим, що після колонного екстрактора 4 солі витягуються з екстракту шляхом переведення їх у водний розчин (реекстракції) в ко-лонне 5. Екстрактор 4 може мати, як видно з малюнка, промивну секцію для додаткової відмивання екстракту від небажаних при-домішок.
У ряді випадків процес екстракції ускладнюється, зокрема, слідом-ствие хімічної реакції, що протікає в обсязі або на поверхні розділу фаз. При певних умовах для кращого поділу результат-ного розчину застосовують спеціальні методи екстракції. Так, на-приклад, вихідний розчин, який представляє собою суміш органічних речовин, виявляється доцільним обробляти двома взаємно-розчинними екстрагентами, між якими розподіляються извле-Каєм компоненти. Для полегшення переходу екстрагуються компонентів, наприклад солей металів, в органічну фазу іноді застосовують висолювання. здійснюване шляхом добавки, солі з однойменними іонами в вихідний водний розчин, а також регулюють кислотність або рН розчину, концентрацію екстрагента в інертному раз-бавітеле, службовцям для зменшення його в'язкості, і т.д.
Основною перевагою процесу екстракції в порівнянні з іншими процесами поділу рідких сумішей (ректифікацією, виправними та ін.), Є низька робоча температура процесу, який проводиться найбільш часто при нормальній (кімнатній) темпера-турі. При цьому відпадає необхідність у витратах тепла на випаровування розчину. Крім того, при екстракції зазвичай можливо з численний-них розчинників підбирати Високовибірково екстрагент, відрізняючи-ющийся за хімічними властивостями від компонентів вихідної суміші і часто дозволяє досягти більш повного поділу, ніж це можливо за допомогою інших масообмінних процесів. Разом з тим застосування додаткового компонента - екстрагента і необхідність його реге-нераціі призводить до деякого ускладнення апаратурного оформлення і подорожчання процесу екстракції.
Під час вилучення летких речовин екстракція може успішно конкуру-вати з ректифікацією в тих випадках, коли поділ ректифікацією або утруднене, а іноді і практично неможливо (поділ сумішей, що складаються з блізкокіпящіх компонентів і азеотропних сумішей), або пов'язане з надмірно високими витратами (витяг шкідливих примі -сей або цінних речовин з сильно розбавлених розчинів). Так, напри-заходів, витяг оцтової кислоти з її малоконцентровані водних розчинів екстракцією етилацетатом (або сумішшю етилацетату і бензолу) є значно економічнішим, ніж виділення ректифікацією, так як, не дивлячись на досить велику різницю температур кипіння води і кислоти, відносна летючість їх невелика . Крім того, не-обходимость випаровування дуже великих кількостей води вельми здорожує ректифікацію.
Екстракція незамінна для розділення сумішей речовин, чутливість-них до підвищених температур, наприклад антибіотиків, які мо-гут розкладатися при поділі їх ректифікацією або виправними. Застосування екстракції часто дозволяє ефективно замінювати такі процеси, як поділ висококиплячих речовин з використанням глибокого вакууму, наприклад молекулярної дистиляції, або поділ сумішей методом фракционированной кристалізації.
Екстракція може служити також економічним і ефективним мето-дом поділу складних сумішей на класи сполук однакового хі-чеського складу, температури кипіння яких перекривають один одного (поділ ароматичних і граничних вуглеводнів, киплячих в тому ж інтервалі температур).
Значні перспективи має застосування екстракції для поділу сумішей неорганічних речовин, коли інші способи поділу незастосовні. Процеси рідинної екстракції в даний час успішно викорис-ся для переробки ядерного пального, отримання цирконію і гаф-ня і багатьох інших рідкісних металів. За допомогою екстракції можна по-променя високочисті кольорові і благородні метали.
У ряді випадків значний ефект досягається при поєднанні екс-тракції з іншими процесами поділу. Прикладами подібних комбі-лося раніше процесів є: поділ блізкокіпящіх і азеотроп-них сумішей за допомогою екстрактивної ректифікації, попереднє концентрування розведених розчинів за допомогою екстракції перед виправними та ректифікації, які проводяться при цьому з мен-шим витратою тепла.
При екстракції неорганічних речовин зазвичай витягають одне або кілька речовин з водної фази одним екстрагентів.
При поділі екстракцією сумішей органічних речовин в зависи-мости від числа застосовуваних екстрагентів розрізняють:
1) екстракцію одним екстрагентів в системах, що складаються мінімум з трьох компонентів (двох поділюваних компонентів вихідного розчину і екстрагента);
2) екстракцію двома екстрагентами (фракційна-ва екстракція) в системах, що складаються мінімум з чотирьох компонентів (двох компонентів вихідного розчину, що розподіляються між двома несмешивающимися екстрагентами).
Екстракція одним екстр-агентом найбільш розпо-країни. Розглянемо раз-ні варіанти цього процес-са на прикладі ступен-чатой екстракції, раз-особисті способи осуществле-ня якої наведені нижче.
Одноступінчата (одно-кратна) екстракція. Цей найпростіший метод полягає в тому, що вихідний розчин F і екстрагент S перемішуються в змішувачі 1 (рис. XVI-2), після чого раз-ються на два шари: екстракт Е і рафінат R. Поділ зазвичай відбувається в сепараторі-відстійнику 2. при такому одноразовому взаємо-дії екстрагенту і вихідного розчину при достатньому часі контакту можуть бути отримані близькі до рівноважних склади екс-тракту і рафината.
Таким чином, кількість матеріалу, що екстрагується речовини фіксоване законом рівноважного розподілу, і ступінь його вилучення є відносно низькою. Ступінь вилучення можна підвищити шляхом збіль-чення кількості використовуваного екстрагента, але зі збільшенням об'ємного співвідношення потоків екстрагента і початкового розчину знижується кон-центрація екстракту, що здорожує витяг кінцевого продукту. З цих причин одноступенчатую екстракцію застосовують в промисло-ної практиці лише в тих випадках, коли коефіцієнт розподілу дуже високий.
Процес може проводитися як періодично, так і безперервним способом - при безперервному повернення екстрагента в змішувач (після його регенерації).
Нижче наводиться розрахунок одноступінчатого процесу екстракції, що лежить в основі розрахунку процесів багатоступінчастої екстракції.
Спочатку розглянемо найбільш простий випадок, коли фази практично взаємно нерозчинні.
Нехай А кг розчинника вихідного розчину концентрацією 0 сме-Шива з S кг екстрагента, причому в результаті екстракції виходять рівноважні фази: рафінат концентрацією і екстракт концентрацією (в кг / кг розчинника). Вагове співвідношення фаз b '= S / A. Тоді матеріальний баланс по розподіляється речовини
З огляду на, що = m. знаходимо
Отже, концентрація одержуваного рафината
і концентрація екстракту