3. Экстрагирование в системе «твёрдое тело-жидкость»

Движущей силой процесса экстракции в системе «твёрдое тело-жидкость» является разница концентраций экстрагируемого вещества в жидкости, заполняющей поры твёрдого тела, и в основной массе экстрагента, находящегося в контакте с поверхностью твёрдых частиц. Механиз экстрагирования состоит из следующих стадий:

- проникновение растворителя в поры частиц твёрдого материала;

- растворение целевого компонента;

- перенос экстрагируемого вещества из внутренних структур частиц материала к поверхности раздела фаз с образованием диффузионного пограничного слоя (плёнки);

- перенос экстрагируемого вещества через пограничный диффузионный слой (плёнку).

- перенос экстрагируемого вещества от наружной поверхности диффузионного пограничного слоя в объём омывающего материала.

При экстрагировании в системе «твёрдое тело - жидкость» процесс может лимитироваться следующими стадиями:

Внешнедиффузионная. Скорость процесса определяется скоростью диффузии в объёме при условии, что концентрация растворителя в порах и на поверхности твёрдого материала меньше, чем концентрация его в объёме;

Внутридиффузионная. Скорость процесса определяется скоростью диффузии в порах вещества;

Внутренняя кинетическая. При условии, что пористый материал обладает низкой химической активностью, а концентрация растворителя в порах равна концентрации вобъёме;

Внешняя кинетическая. Реагент имеет относительно высокую химическую активность. Поэтому реакция протекает на поверхности пористого материала при условии, что скорость реакции лимитирует скорость всего процесса (при малой пористости вещества).

4. Экстрагирование в системе «жидкость-жидкость»

Экстракция в системах «жидкость-жидкость» - диффузионный процесс, который протекающий при участии двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество. Этот метод известен с середины XIX в.. И получил широкое распространение через 100 лет - в 50-60-е гг. XX в.. В течение нескольких десятилетий он был одним из самых важных аналитических методов разделения и концентрирования органических соединений и микроэлементов.

Жидкостная экстракция состоит из двух технологических операций:

1) контактирование исходной смеси с растворителем, в ходе которого осуществляется массообменный процесс, переход компонента через границу раздела из одной фазы в другую;

отделение полученного раствора от оставшейся жидкой смеси.

При жидкостной экстракции происходит неполная взаимная растворимость исходной смеси и растворителя - в противном случае вторая операция неосуществима. Контактирование фаз проводится путём распределения (дробления) одной фазы в виде капель в объёме другой.

В результате взаимодействия жидких фаз получают экстракт - раствор извлеченных веществ в экстрагенте и рафинад - остаточный исходный раствор, из которого удалены экстрагируемые компоненты.

Полученные жидкие фазы (экстракт и рафинад) отделяются друг от друга отстаиванием, центрифугированием или другими механическими способами. После этого происходит извлечение целевых продуктов из экстракта и регенерация экстрагента из рафинада. Целевой продукт выделяют из экстракта ректификацией, упариванием, или реэкстракцией.

Главное преимущество процесса экстракции в системе «жидкость-жидкость» по сравнению с другими процессами разделения жидких смесей - низкая рабочая температура процесса. Процесс часто проводится при нормальной температуре. Отпадает необходимость в затратах тепла на испарение раствора. При экстракции из многочисленных растворителей можно подобрать высокоизбирательный экстрагент, отличающийся по химическим свойствам от компонента исходной смеси. При этом достигается более полное разделение, чем с помощью других массообменных процессов.

В промышленности используют методы жидкостной экстракции (как правило, при использовании одного экстрагента):

- одноступенчатая (однократная);

- многоступенчатая с перекрёстныем током;

- непрерывная противоточная;

- ступенчатая противоточая;

- противоточная с флегмой.

Одноступенчатая экстракция применяется тогда, когда высок коэффициент разделения. Она заключается в перемешивании исходного раствора и растворителя, а после установления равновесия фаз - в разделении смеси на экстракт и рафинат. Для разделения эмульсий используют отстойники, для трудноразделимых эмульсий - сепараторы.

Многоступенчатая экстракция проводится в многосекционных экстракторах или экстракционных установках. Она может проводиться с противотоком экстрагента или комбинированным способом при наличии нескольких экстрагентов. Многоступенчатая противоточная экстракция более эффективна, чем экстракция в перекрестном токе. При противоточной экстракции достигается более высокая средняя движущая сила процесса и происходит более полное извлечение компонента из раствора.