Экстракция

Экстр а кция (от позднелат. extractio — извлечение), экстрагирование, процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов).

Процесс экстракции включает 3 последовательные стадии: смешение исходной смеси веществ с экстрагентом; механическое разделение (расслаивание) двух образующихся фаз; удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования. После механического разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт) и остаток исходного раствора (рафинат) или твёрдого вещества. Выделение экстрагированного вещества из экстракта и одновременно регенерация экстрагента производится дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, высаливанием и т. п.

Достоинствами экстракции являются низкие рабочие температуры, рентабельность извлечения веществ из разбавленных растворов, возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов, и азеотропных смесей, возможность сочетания с другими технологическими процессами (ректификацией, кристаллизацией), простота аппаратуры и доступность её автоматизации. Недостатком экстракции в ряде случаев является трудность полного удаления экстрагента из экстрагируемых веществ.

Экстракция подчиняется законам диффузии и равновесного распределения. При экстракции из жидкостей после смешения исходного раствора с экстрагентом и расслоения образовавшейся смеси концентрация у экстрагируемого вещества (В) в фазе экстракта больше его концентрации х в фазе рафината. При взаимной нерастворимости экстрагента (С) и растворителя (Л) исходного раствора зависимость у от х для равновесной системы (для которой у обозначается как у_р) изображается в диаграмме у — х (рис. 1, а). Если раствор разбавлен, а вещество В в экстракте находится в неассоциированном и недиссоциированном состояниях, отношение (коэффициент распределения) — величина постоянная, не зависящая от концентрации, и линия равновесия в диаграмме у — х является прямой; в противном случае K_p — функция концентрации, и линия равновесия криволинейна. K_p всегда зависит от температуры, практически не зависит от давления; определяется он экспериментальным путём.

Вследствие кратковременности и несовершенства акта смешения экстрагента и исходного раствора действительная (рабочая) концентрация у всегда меньше равновесной у_р. Степень приближения у к у_р характеризует эффективность экстракции, а разность y_p—y является его движущей силой.

В результате однократной экстракции возможна сравнительно небольшая степень извлечения вещества В из исходного раствора, поэтому прибегают к многократному повторению актов смешения и последующего расслаивания взаимодействующих фаз при их встречном движении (рис. 1, б). Если в исходном растворе концентрация вещества В уменьшается от x₁ до x₂, то его концентрация в фазе экстракта возрастает от 0 до y₁. Из уравнения материального баланса экстракции:

(где D и W — соответственно расходы чистого экстрагента и чистого растворителя) можно определить расход экстрагента:

Уравнение (а) описывает прямую (см. рис. 1, а), проходящую через точки с координатами (x₁,0) и (x₁, y₁). В приведённых выражениях x₁ и y₁— концентрации относительно чистого растворителя А и чистого экстрагента С. Очевидно, что при прочих равных условиях расход экстрагента растет по мере уменьшения концентрации (x₂) вещества В в рафинате и уменьшения его концентрации y₁ в экстракте.

Величина с однозначно определяется заданными концентрациями х, у и у_р, поэтому для достижения больших значений М стремятся увеличить К путём турбулизации потоков взаимодействующих фаз и F — путём диспергирования одной из фаз (экстрагента или исходного раствора) на мелкие капельки. Точное значение К пока не может быть рассчитано теоретическим путём, поэтому эффективность процесса экстракции выражают, как и при ректификации или абсорбции, числом ступеней равновесия (идеальных тарелок). Графическое определение числа ступеней равновесия показано на рис. 1, а. В случае частичной растворимости растворителя А и экстрагента С равновесие системы изображается в плоскости равностороннего треугольника (рис. 1, в). Каждой точке внутри треугольника соответствует тройная смесь, в которой концентрации компонентов А, В, С измеряются длинами перпендикуляров, опущенных на противолежащие стороны. Под кривой EG (бинодальной кривой) расположена область гетерогенных смесей, а над кривой — гомогенных растворов. Процессы экстракции, поскольку в них чередуются акты смешения и расслаивания фаз, протекают только в гетерогенной области. Смешав исходный раствор с некоторым количеством экстрагента, получим тройную гетерогенную смесь Р, которая расслаивается на экстракт Q и рафинат R с концентрацией экстрагируемого вещества В. Если теперь смешать рафинат со свежей порцией экстрагента, получим новую гетерогенную смесь P₁, которая расслоится на экстракт Q₁ и рафинат R₁ с более низкой концентрацией Q₁. Положение прямых QR и Q₁R₁, называется конодами, определяется для каждой системы экспериментальным путём. Продолжая акты смешения и расслаивания, можно добиваться дальнейшего понижения концентрации компонента В в рафинате, т. е. повышения степени экстракции. Совершенно очевидно, что число построенных конод (их может быть сколько угодно) равно числу ступеней равновесия. В приведённом примере периодической экстракции после каждого акта смешения и расслаивания падает концентрация В как в рафинате, так и в экстракте. Для повышения концентрации вещества В в экстракте и большего его исчерпывания из рафината во многих случаях прибегают к экстракции с так называемой обратной флегмой. Сущность этого процесса сводится к частичному отделению экстрагента от экстракта и исходного растворителя от рафината и обратному возвращению долей этих фракций в аппарат навстречу уходящим потокам.

Для экстракционного разделения двух компонентов (B₁ и B₂), особенно с близкой растворимостью в исходном растворителе, часто используют два экстрагента с различной селективностью. Исходный раствор поступает в среднюю часть экстрактора, один из экстрагентов — в верхнюю часть, другой — в нижнюю. В результате компонент B₁ переходит в фазу одного экстрагента, компонент B₂ — в фазу другого (рис. 2).

Наиболее эффективна непрерывная экстракция, осуществляемая в многоступенчатых аппаратах (экстракторах) при противотоке исходного раствора и экстрагента. В этом случае заданная степень экстракции достигается при наименьшем расходе экстрагента. Многоступенчатые экстракторы (см. рис. 3, а, б, в) обычно представляют собой вертикальные колонны, разделённые поперечными перфорированными тарелками, вращающимися дисками, мешалками и т. п. на ступени (секции). В каждой ступени происходит перемешивание взаимодействующих фаз и их расслаивание. Т. о., исходный раствор и экстрагент многократно перемешиваются и расслаиваются. Эффективность этих аппаратов оценивается кпд отдельных ступеней или высотой аппарата, эквивалентной одной ступени равновесия — теоретической тарелке (см. Ректификация).

Значит, распространение получили экстракторы ситчатые и с механическим перемешиванием. В ситчатых (рис. 3, а) ступени разграничены перфорированными горизонтальными тарелками и сообщаются между собой переливными трубками. Одна из контактирующих жидкостей, проходя через отверстия тарелок, диспергируется, чем создаётся большая поверхность контакта с встречной жидкостью, протекающей по переливным трубкам в виде сплошной фазы. Экстракторы с механическим перемешиванием делятся на роторно-дисковые (рис. 3, б) и с чередующимися смесительными и отстойными насадочными секциями (рис. 3, в). В роторно-дисковых экстракторах вращающиеся диски перемешивают и диспергируют жидкости, после чего они расслаиваются. В экстракторах со смесительными и насадочными секциями лопастные или турбинные мешалки размещены на общем вертикальном валу попеременно со слоями неподвижной насадки (кольца Рашига, спирали, пакеты сеток и пр.). Перемешанные жидкости, пройдя через слои насадки, расслаиваются. Применяются также экстракторы с непрерывным контактом взаимодействующих фаз (распылительные, насадочные), не разделённые на отд. ступени, их эффективность при достаточной высоте измеряется несколькими ступенями. Распылительные экстракторы (рис. 3, г) снабжены соплами, инжекторами и т. п. для диспергирования взаимодействующих жидкостей. Такие аппараты отличаются простотой и высокой производительностью, но сравнительно невысокой эффективностью. Несколько более эффективны, но менее производительны насадочные экстракторы (рис. 3, д), наполненные кольцами Рашига, кольцами Паля и др. Часто используются ящичные экстракторы, которые разделены вертикальными перегородками на ступени, каждая из которых состоит из смесительной и отстойной камер (рис. 4). Расположенные в смесительной камере турбинные мешалки перемешивают жидкости и одновременно транспортируют их из ступени в ступень.

Такие экстракторы могут работать при любом соотношении исходного раствора и экстрагента, сохраняя при этом рабочие концентрации жидкостей при прекращении процесса.

Для экстракции неустойчивых соединений (например, антибиотиков) используются центробежные экстракторы, ротор которых состоит из набора цилиндров, перфорированных с обоих концов, или спиральных лент. Исходный раствор и экстрагент движутся навстречу друг другу, причём более тяжёлая жидкость — от центра к периферии, а более лёгкая — в обратном направлении. Контакт жидкостей происходит на пути их движения, а диспергирование — при прохождении через перфорированные части цилиндров.

Экстракция из твёрдых веществ изображается диаграммой фазового равновесия, показанной на рис. 1, а. В этом случае в зависимости от конструкции используемого аппарата экстрагент проходит либо через слой неподвижной твёрдой фазы, либо перемешивается с нею, либо движется в противотоке к твёрдой фазе, перемещаемой различными транспортными устройствами. Применяется, например, непрерывный противоточный экстрактор (рис. 5), где твёрдая фаза перемещается перфорированными шнеками вдоль U-образного цилиндрического корпуса навстречу экстрагенту. Экстракт отводится через процеживатель — цилиндрический лист с вертикальными прорезями.

Экстракция широко применяется в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, фармацевтической, пищевой и др. отраслях промышленности, например для извлечения ароматических углеводородов из нефтепродуктов, масляных фракций из сернистых нефтей, фенола из сточных вод, антибиотиков из культуральных жидкостей, металлов (в т. ч. редких) или их соединений из руд, многих природных органических соединений из растительного сырья (сахара из свёклы и тростника, масла из соевых бобов и масличных семян, таннина из древесной коры, фармацевтических препаратов из корней и листьев растений и т. п.).

Н. И. Гельперин, В. Л. Пебалк.

Экстракция в аналитической химии и радиохимии. Для химического анализа элементов, а также при разделении, концентрировании и очистке радиоактивных изотопов наибольшее применение нашла экстракция из водных растворов. Экстрагентами при этом служат спирты, кетоны, простые и сложные эфиры, амины, эфиры фосфорной кислоты, хелатообразующие соединения и др. Экстрагенты используют в смесях с разбавителями — жидкостями, которые служат для улучшения физеских (вязкость, плотность) или экстракционных свойств экстрагентов. Разбавителями могут быть керосин, бензол, хлороформ и т. п.

Основные направления экстракции в аналитической химии следующие: 1) избирательное извлечение целевых элементов из смесей для количеств, анализа; 2) определение содержания примесей в исследуемых веществах, что особенно важно в технике получения особо чистых веществ. Достоинствами экстракции в аналитической химии являются: высокая избирательность, простота осуществления, универсальность (т. е. возможность выделения практически любого элемента). В радиохимии экстракция используется главным образом для очистки различных радиоактивных веществ от примесей; извлечения и разделения радиоактивных изотопов из облученных мишеней; выделения естественных радиоактивных изотопов из различных объектов и т. д.

Достоинством экстракции при работе с короткоживущими радиоактивными изотопами является также экспрессность. В таких процессах экстрагенты должны обладать радиационной устойчивостью. Для обеспечения безопасности человека при экстракции радиоактивных веществ применяют дистанционное управление.

Во многих случаях использование экстракции в аналитической химии и радиохимии сочетают с другими методами (хроматографией, соосаждением, дистилляцией и т. д.).

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.

Рис. 4. Ящичный экстрактор: 1 — камера смешения; 2 — жалюзийная перегородка; 3 — отстойная камера; 4 — граница раздела фаз; 5, 6 — регулирующие трубки; 7 — рециркуляционная трубка; 8 — всасывающий коллектор; 9 — турбинная мешалка.

Рис. 5. Непрерывный противоточный экстрактор: 1 — корпус; 2 — перфорированные шнеки; 3 — ввод твердой фазы; 4 — отвод твердой фазы; 5 — ввод экстрагента; 6 — отвод экстрагента; 7 — процеживатель.

Рис. 1: а — диаграмма равновесия для систем, в которых экстрагент и растворитель исходного раствора взаимно нерастворимы; б — схема однократной экстракции при встречном движении исходного раствора и экстрагента; в — диаграмма равновесия для систем, в которых экстрагент и растворитель исходного раствора частично растворимы.

Рис. 3. Схемы экстракционных колонн: а — колонна с ситчатыми тарелками; б — роторно-дисковый экстрактор; в — колонна с чередующимися смесительными и отстойными насадочными секциями; г — распылительная колонна; д — насадочная колонна; 1 — колонна; 2, 6 — распылители; 3 — ситчатая тарелка; 4 — переливные трубки; 5, 12 — насадки; 7, 10 — валы; 8 — плоский ротор; 9 — кольцевые перегородки; 11 — мешалки;

Источник

Сущность процесса экстракции

Содержание

2. Сущность процесса экстракции…………………………………………. 4

3. Экстрагирование в системе «твердое теложидкость»…… ……….…….6

4. Экстрагирование в системе «жидкость-жидкость»……… ……………..7

5. Требования, предъявляемые к органическим растворителям для экстракции ………………………………………………………………. 9

6. Экстракционные аппараты……………………………………………….11

7. Результаты литературного исследования……………………………….26

Введение

Успешное решение проблемы охраны биосферы, снижение отрицательного влияния индустриализации на состояние природной среды и многие другие глобальные проблемы непосредственно связаны с разработкой эффективных методов анализа. Состояние методов избирательного определения металлов не всегда удовлетворяет требованиям к нижним границам определяемых содержаний. Постоянно ощущается необходимость в простых по выполнению, точных, чувствительных методиках, которые позволяли бы определять компонент в сложной по составу смеси. Для решения этой проблемы ученые привлекли методы концентрирования, которые позволили в значительной степени устранить сложные ситуации. Более того, в некоторых случаях концентрирование расширило пределы применимости инструментальных методов (атомно-абсорбционной спектрометрии, хроматографии, спектрофотометрии, вольтамперометрии). Одним из перспективных методов разделения и концентрирования является экстракция

Сущность процесса экстракции

Экстра́кция (от лат. extraho — извлекаю) — способ извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя (экстраге́нта). Объекты, из которых извлекают соответствующие соединения, могут быть твердыми веществами и жидкостями. Поэтому процессы извлечения подразделяют на экстракцию в системе твердое тело — жидкость и на экстракцию в системе жидкость — жидкость (жидкостную экстракцию).

Для экстракции веществ в системе твердое тело — жидкость в качестве экстрагентов применяют органические растворители. Извлечение соответствующих веществ из твердых тел водой называется выщелачиванием.

Экстракция находит свое применение в таких сферах как:

-металлургическая и др. отраслях промышленности

Процесс экстракции включает 3 поступные стадии:

— смешивание исходной смеси веществ с экстрагентом

— разделение (расслаивание) механическим способом двух образующихся фаз

— удаление экстрагента из обеих фаз

Достоинствами экстракции являются:

— низкие рабочие температуры

— повышается эффективность извлечения веществ из разбавленных растворов

— близкокипящие компоненты и азеотропные смеси возможно разделить

— возможно сочетание с другими технологическими процессами как ректификация, кристаллизация

— простота оборудования и приемлимость её автоматизации.

Простейший способ экстракции из раствора — однократная или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке. Делительная воронка представляет собой сосуд с пробкой и краном для слива нижнего слоя жидкости. Для непрерывной экстракции используются специальные аппараты — экстракторы

Экстракционные аппараты.

Колонные экстракторы для системы жидкость—жидкость разделяют на аппараты без подвода энергии и с подводом энергии.

К первым относятся распылительные, насадочные и ситчатые экстракторы, ко вторым — смесительно-отстойные, роторные, пульсационные, вибрационные

Распылительные экстракционные аппараты представляют собой полые колонны, в которых одна из фаз движется сплошным потоком, а другая-в виде капель. Эти аппараты просты по конструкции, но мало эффективны. Насадочные экстракционные колонны по конструкции аналогичны насадочным колоннам для процессов ректификации и абсорбции. В качестве насадки в них используют преимущественно кольца Рашига, которые укладывают на опорные решетки колосникового типа.

Распылительные колонны.

Распылительный колонный экстрактор представляет собой полую колонну, внутри которой имеются лишь уст­ройства для ввода легкой и тяжелой фаз. На рис.2. показан распы­лительный экстрактор, в котором диспергируется легкая фаза, поступаю­щая в корпус 1 через распределитель 2. Проходя через отверстия распре­делителя, легкая фаза в виде капель движется снизу вверх сквозь тяже­лую фазу, заполняющую смесительную зону колонны. К этой зоне сверху и снизу примыкают отстойные зоны, обычно имеющие больший по срав­нению со смесительной зоной диаметр для лучшего отстаивания жидкостей.

Вверхней отстойной зоне капли сливаются и образуют слой легкой фазы, которая отводится сверху колонны. Тяжелая жидкость поступает через трубы 3 и движется в виде сплошной фазы сверху вниз. Она удаляет­ся из колонны через гидравлический затвор 4, с помощью которого до­стигается полное заполнение жидкостью корпуса колонны.

В соответствии с высотой перелива тяжелой жидкости устанавливается положение уровня раздела фаз в колонне. Снижая высоту перелива, можно перемещать уровень раздела в любое сечение смесительной зоны, а также в нижнюю отстойную зону колонны. Обычно в промышленных экст­ракторах положение уровня раздела фаз автоматически регулируется вентилем 5, установленным на выходе тяжелой жидкости из колонны, который соединяется с датчиком, контролирующим положение уровня раздела.

Каждой скорости тяжелой жидкости должна соответствовать некото­рая предельно-допустимая скорость легкой жидкости, и наоборот. С уве­личением скорости легкой жидкости возрастает число капель в единице объема аппарата и их движение происходит во все более стесненных ус­ловиях. В результате увеличивается объемная доля диспергируемой фазы (ее задержка в аппарате), что уменьшает до­лю поперечного сечения, свободного для про­хода сплошной фазы. Это, в свою очередь, вызывает возрастание локальных скоростей сплошной фазы, которая начинает уносить все большее число капель в направлении, обратном направлению движения дисперсной фазы. Возникают циркуляционные токи дис­персной фазы, т. е. обратное перемешивание, которое существенно умень­шает движущую силу и соответственно ин­тенсивность массопередачи в распылитель­ных экстракторах.

Рис.2. Распылитель­ный колонный экстрактор: 1—корпус; 2—распылитель лег­кой жидкости (дисперсной фа­зы); 3 — трубы для ввода тя­желой жидкости (сплошной фа­зы); 4 — гидравлический за­твор; 5 — регулирующий вен­тиль.

Возрастание уноса приводит в конечном счете к образованию второй поверхности раздела фаз в нижней отстойной зоне (см. рис. 2), нарушению противотока и «захлебыванию» колонны.

Аналогичное влияние оказывает умень­шение доли поперечного сечения аппарата распределителем для диспергируемой фазы: капли укрупняются и легко увлекаются сплошной фазой. Для того чтобы по возмож­ности свести к минимуму явления, ускоря­ющие «захлебывание», распределитель дис­персной фазы устанавливают в нижней рас­ширенной части колонны, где скорость сплошной фазы уменьшается, а сплошную фазу вводят, как показано на рис. 1, чтобы устранить возмущение потока на вхо­де в колонну.

Распылительные экстракторы отличаются высокой производитель­ностью, но вместе с тем очень низкой интенсивностью массопередачи, обус­ловленной обратным (продольным) перемешиванием. Величина ВЕП в них достигает нескольких метров. Это является основной причиной весьма ограниченного промышленного применения распылительных колонн.

Пульсационные экстракторы.

Введение дополнительной энергии в жид­кости путем сообщения им возвратно-поступательных колебаний (пуль­саций) возможно двумя способами:

1. с помощью вибрирующих внутри аппарата перфорированных таре­лок, укрепленных на общем штоке, которому сообщается возвратно-по­ступательное движение;

2. посредством специального механизма (пульсатора), находящегося вне аппарата: создаваемые пульсатором колебания гидравлически пере­даются жидкостям в экстракторе (см. рис.6).

Второй способ более экономичен и осуществляется при отсутствии движущихся частей в самом аппарате. Поэтому экстракторы с выносными пульсаторами применяются наиболее часто.

Пульсации способствуют лучшему дроблению диспергируемой фазы на капли и соответственно увеличению поверхности контакта фаз, ин­тенсивному их перемешиванию, а также увеличению времени пребывания диспергируемой фазы и ее задержки в колонне.

Ряд исследований показал, что возрастание эффективности под дейст­вием пульсаций достигается благодаря увеличению поверхности контакта фаз, в то время как коэффициент массопередачи несколько уменьшается из-за продольного перемешивания.

В принципе использование пульсаций как средства интенсификации массообмена при экстракции возможно в экстракторах различных конст­рукций. Известны, например, распылительные, насадочные, ситчатые и смесительно-отстойные экстракторы, работающие с пульсированием жид­костей. Наиболее распространены ситчатые и насадочные пульсационные экстракторы.

Рис.6. Пульсационные колонные экстракторы:

а — ситчатый с поршневым пульсатором; б — насадочный с пневматическим пульсатором; 1 — колонна с ситчатыми тарелками; 2 — пульсатор; 3 — насадочная колонна; 4 — поршень; 5 — камера.

Пульсационный ситчатый экстрактор (рис. 6, а) представляет собой обычную колонну 1 с ситчатыми тарелками, к которой присоединен пульсатор 2. По аналогии с насосами различают пульсаторы поршневые (плунжерные), мембранные, сильфонные и пневматические. Поршневой пульсатор — это бесклапанный поршневой насос, который присоединяет­ся либо к линии подачи легкой фазы (рис.5, а), либо непосредст­венно к днищу колонны. С помощью пневматического пульсатора (рис.6, б) при движении поршня 1 периодически изменяется дав­ление воздуха или инертного газа над свободным уровнем жидкости в камере 2, соединенной с насосом. Эти колебания давления, в свою очередь, вызывают колебательное движение жидкости в экстракционной насадочной колонне 3.

Отделение аппарата от пульсатора значительно облегчает обслужива­ние экстракционной установки в тех случаях, когда недопустимо сопри­косновение обслуживающего персонала с обрабатываемыми жидкостями и требуется полная герметизация аппаратуры, например при работе с радиоактивными и ядовитыми растворами. В этом заключается специфи­ческое и существенное достоинство пульсационных экстракторов, которые по интенсивности массопередачи и производительности близки к механи­ческим экстракторам с мешалками.

Основной недостаток пульсационных экстракторов — ограниченность диаметра этих аппаратов (обычно не более 600—800 мм). С увеличением диаметра возрастают трудности гидродинамического характера (неравномерность распределения скоростей по сечению аппарата, возможность кавитации), а также резко увеличивается расход энергии на сообщение пульсаций большим объемам жидкости в аппарате.

Центробежные экстракторы

Использование центробежных сил является эффективным средством улучшения не только смешения, но и разделения фаз при экстракции.

Принцип работы центробежного экстрактора ясен из рис.6. Жидкости поступают под напором с противоположных концов в каналы быстро вращающегося вала 1, на котором закреплен ротор (бара­бан) 2.. Плотность соединения труб для подвода жидкостей и вращающегося вала достигается с помощью сальников у торцов ва­ла. Внутри ротора по всей его ширине размещена спиральная перегородка 3 из перфорирован­ной ленты. В каналах между ее витками противотоком друг к дру­гу движутся легкая и тяжелая фазы. При этом тяжелая фаза дви­жется от оси к периферии ротора, а легкая фаза — от его периферии по направлению к оси.

Рис.7. Схема устройства центробеж­ного экстрактора:

1 — вал; 2 —ротор (барабан); 3 — спиральные перегородки из металлической перфорирован­ной ленты.

Обе фазы перемешиваются, проходя сквозь отверстия спира­лей, и разделяются в каналах под действием центробежных сил. Таким образом, смешение и сепарирование жидкостей протекают одновременно и многократно повторяются. Легкая фаза отводится у наружной поверхности рото­ра, а тяжелая — вблизи его оси. Обе фазы удаляются через раздель­ные отводные каналы вала, как показано на рис.7.

Кроме противоточных центробежных экстракторов применяются так­же центробежные экстракторы-сепараторы, в которых осуществляются однократное и многократное прямоточное смешение жидкостей и разде­ление эмульсии. Аппараты этого типа представляют собой разновидности сверхцентрифуг или тарельчатых сепараторов. В них контакт жидкостей и сепарирование фаз протекают раздельно вну­три барабана.

Центробежные экстракторы обладают существенными достоинствами. Эти аппараты весьма компактны и сочетают значительную производитель­ность с высокой интенсивностью массопередачи. В них можно эффективно обрабатывать жидкости с небольшой разностью плотностей. Вместе с тем центробежные экстракторы отличаются малой удерживающей способ­ностью и коротким временем пребывания жидкостей в аппарате. Эта осо­бенность центробежных/ экстракторов обусловливает их успешное при­менение для экстракции легко разлагающихся веществ, например анти­биотиков (пенициллина и др.), чувствительных не только к нагреванию, но и к продолжительному пребыванию в растворе при нормальной тем­пературе. В месте с тем эти аппараты не пригодны для экстракции, со­провождаемой химической реакцией, когда требуется длительное время контакта фаз.

В экстракторе, показанном на рис.6, тяжелая фаза отводится через канал, расположенный у оси вращения ротора. При этом в случае обработки жидкостей, обладающих большой разностью плотностей, лег­кая фаза должна вводиться в ротор под значительным избыточным дав­лением. В настоящее время разработаны безнапорные центробежные экст­ракторы, в которых этот недостаток в значительной степени устранен.

Основными типами центробежных экстракторов являются трубчатые, камерные и пленочные. Рассмотрим трубчатый центробежный экстратор, схема которого приведена на рис. 8.

Экстрактор представляет собой вращающийся цилиндрический барабан 3, внутри которого установлены отбойные дырчатые перегородки 7, разделяющие внутреннее пространство барабана па ряд экстракционных (II, IV, VI) и сепарациопиых (I, III, V, VII) зон. Тяжелая жидкость L подается по каналу 2, проходящему внутри неподвижного цилиндра 4, в нижнюю экстракционную зону VI, протекает по барабану снизу вверх и выводится через верхний кольцевой слив 8. Легкая жидкость G поступает по каналу 6 в верхнюю экстракционную зону II, движется в противотоке с жидкостью L и выводится через пижний слив 1.

В экстракционных зонах жидкости L и G перемешиваются неподвижными перфорированными дисками 5, закрепленными на неподвижном цилиндре 4.

Рис. 8. Схема трубчатого центробежного экстрактора: I, III, V, VII — сепарационные зоны; II, IV, VI — экстракционные зоны; 1, 8 — цилиндрические сливы для тяжелой и легкой жидкостей; 2, 6 — каналы для ввода тяжелой и легкой жидкостей; 3 — цилиндрический барабан; 4 — неподвижный цилиндр; 5 — перемешивающие перфорированные диски; 7 — отбойные дырчатые перегородки.

Эмульсия, образовавшаяся в экстракционных зонах, подвергается предварительно грубому разделению при движении через дырчатые отбойные перегородки 7, которые выполнены в виде нескольких дисковых или конусных тарелок, как у тарельчатого сепаратора. Окончательное разделение фаз производится под действием центробежной силы в сепарационных зонах.

Многократное смешение и разделение обеих жидкостей в аппарате осуществляется по принципу противоточной ступенчатой экстракции, поэтому расчет этих экстракторов аналогичен расчету колонных смесительно-отстойных экстракторов с мешалками.

Список литературы.

1) Золотов Ю.А., Кузьмин Н.М. Концентрирование микроэлементов. М.: Химия, 1982. 288 с.

2) Берестовой А.М. Жидкостная экстракция в химической промышленности. – Л.: Химия, 1977.

3) ШкоропадД. Е., Лысковце-в И. В. Центробежные жидкостные экстракторы. М., Машгиз, 1962. 216 с.

4) Журнал : Вестник Казанского технологического университета

Источник