Экстракция. Экстракционная очистка
Экстракция
Экстракционная очистка, как и адсорбция относится к регенеративным методам. Экстракция основана на распределении вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей в соответствии с его растворимостью в этих жидкостях. Для осуществления экстракции, в воду добавляют другую жидкость, нерастворяющуюся в воде, тщательно перемешивают, при этом удаляемое вещество переходит в добавляемую жидкость, которая называется экстрагентом. Переход вещества в экстрагент, что связано с уменьшением его концентрации в воде, происходит до установления равновесия. После установления равновесия соотношение концентраций вещества в экстрагенте и воде будет равно соотношению его растворимостей в этих жидкостях. Последнее носит название коэффициента распределения
СЭ’ – растворимость вещества в экстрагенте;
СВ’ – растворимость вещества в воде.
Далее экстрагент отделяется от воды за счет разности плотностей. Коэффициент распределения зависит от ряда факторов: температуры, состава воды, свойств вещества, удаляемого экстракцией. В качестве экстрагентов в большинстве случаев применяют органические растворители: амиловый спирт, этилацетат, бутилацетат, амилацетат, бензол, хлороформ, толуол, сольвент и др.
По коэффициенту распределения можно судить об экстракционной способности, т.е. об эффективности экстрагента. Например, при удалении фенола коэффициенты распределения для амилового спирта равен 36.8, этилацетата 58, бутилацетата 48.5, амилацетата 43.8. Очевидно, наиболее эффективным экстрагентом будет этилацетат, имеющий наибольшее значение коэффициента распределения.
Для определения необходимого количества экстрагента и остаточных концентраций вещества в воде после экстракции можно записать уравнение материального баланса
QC0=QCB+qCЭ
Q – расход очищаемой воды;
q – расход экстрагента;
С0 – исходная концентрация вещества в воде;
СВ – остаточная концентрация вещества в воде (после экстракции);
СЭ – концентрация вещества в экстрагенте (после экстракции).
Так как
, уравнение ( 9.1) можно переписать в следующем виде учитывая, что q/Q=b, где b – относительный расход экстрагента.
но СЭ=К·СВ, тогда С0=СВ+b·КСВ, отсюда остаточная концентрация экстрагируемого вещества в воде равна:
а относительный расход экстрагента:
Экстракция может быть многоступенчатой с последовательным введением экстрагента, когда в каждую ступень подается свежий экстрагент по схеме изображенной на рис.1.
Рис.1. Схема многоступенчатой экстракции с
последовательным введением экстрагента.
Если при одноступенчатой экстракции
то при двухступенчатой экстракции
Следовательно, для многоступенчатой экстракции с n-ным количеством ступеней
можно показать, что многократная экстракция более экономична, чем однократная.
Для одинаковых остаточных концентраций в случае одноступенчатой и двухступенчатой экстракции запишем:
В – относительный расход экстрагента при однократной экстракции,
b – относительный расход экстрагента, вводимого в каждую ступень двухступенчатой экстракции.
Отсюда находим:
КВ=2Kb+b2K2 B=2b+b2K
следовательно В>2b т.е. расход экстрагента при однократной экстракции больше, чем двухкратной.
Для экстракционной очистки часто применяются многоступенчатые схемы с противотоком (рис.2).
Рис.2. Схема многоступенчатой противоточной
экстракции.
Запишем уравнение материального баланса сначала для 2й ступени
QCb1=QCb2+qCэ2
а затем для первой
QC0=QCb1+q(Сэ1-Cэ2).
Получим систему уравнений. Решение этой системы относительно Св2 дает следующее выражение:
или после преобразований
Аналогично для многоступенчатой экстракции с n-ным количеством ступеней.
Экстракция, экстракционная очистка – статья на сайте “студент-строитель.ру”