Схемы эксракционных установок

Одноступенчатая экстракция

Принципиальная схема простейшего одноступенчатого процесса экстракции показана на рис. 7.

Фазы смешиваются при помощи мешалки (или другом способом) в смесителе 1, после чего разделяются в сепараторе 2, из которого отводят экстракт и рафинат. Далее экстракт и рафинат поступают на последующую переработку, например, в ректификационные колонны, для удаления экстрагента. Регенерированный экстрагент поступает в смеситель вместе со свежим экстрагентом

Одноступенчатая экстракция может проводиться периодически или непрерывно.

Составы получаемых экстракта и рафината равновесны друг другу и сравнительно мало отличаются по содержанию распределяемого компонента. Поэтому путем одноступенчатой экстракции не достигается достаточно полного извлечения экстрагируемого вещества. Большая степень извлечени возможна при использовании многоступенчатой экстракции, которая наиболее широко распространена в технике.

Многоступенчатая экстракция

Процессы многоступенчатой экстракции проводятся только непрерывным способом.

При многоступенчатой экстракции (рис. 8) рафинат, получаемый в одной ступени, смешивается в следующей ступени со свежим экстрагентом. Таким образом, в каждую ступень вводится свежий экстрагент, а из нее отводится экстракт. При достаточном числе ступеней экстракции достигается высокая степень очистки конечного рафината, который удаляется из последней ступени.

Существенным недостатком этого способа экстракции является весьма большой расход экстрагента и соответственно низкая средняя концентрация экстракта, который представляет собой смесь жидкостей с постепенно убывающей концентрацией извлекаемого вещества. Это затрудняет и удорожает регенерацию экстрагента.

Высокая степень извлечения экстрагируемого вещества при относительно малом расходе экстрагента достигается в наиболее распространенном процессе противоточной многоступенчатой экстракции. Исходный раствор и экстрагент поступают с противоположных концов аппарата; например, исходный раствор подается в первую ступень, экстрагент — в последнюю ступень (рис. 9).

Соответственно из первой ступени удаляется конечный экстракт, а из последней — конечный рафинат.

В этом процессе свежий экстрагент вступает в контакт с рафинатом, имеющим наименьшую концентрацию распределяемого компонента, и после многократного контактирование в последовательных ступенях процесса насыщается извлекаемым веществом. В результате требуемая степень экстракции достигается при минимальном расходе экстрагента. Процессы противоточной многоступенчатой экстракции проводятся в ряде ступеней, состоящих из смесителей и отстойников (рис. 9).

V Ректификация

Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Разделение путем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси.

Если смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с более низкой температурой кипения (низкокипящий компонент, НК) переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения (высококипящий компонент, ВК) остается в жидком состоянии. Полученные пары конденсируются, образуя так называемый дистиллят; не испаренная жидкость называется остатков, Таким образом, в результате перегонки НК переходит в дистиллят, а ВК — в остаток.

Описанный процесс, называемый простой перегонкой, не дает возможности произвести полное разделение компонентов смеси и получить их в чистом виде. Оба компонента являются летучими и потому оба переходят в пары, хотя и в различной степени. Поэтому образующиеся при перегонке пары не представляют собой чистого НК. Поскольку он вследствие большей летучести испаряется в большей степени, чем ВК, то пары обогащены НК по сравнению с содержанием его в исходной смеси. Таким образом, в дистилляте содержание НК выше, чем в исходной смеси, а в остатке, наоборот, содержание НК ниже, чем в исходной смеси. В описанном явлении и заключается основное отличие перегонки от выпаривания. При выпаривании, как указывалось выше, один из компонентов (растворенное вещество) нелетуч, и в пары переходит только летучей компонент (растворитель).

Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки — ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

Представим себе аппарат, в котором снизу вверх движутся пары, а сверху (навстречу парам) подается жидкость, представляющая собой почти чистый НК. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно ВК, а из жидкости испаряется преимущественно НК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВК, а поднимающиеся пары обогащаются НК, в результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый НК. Эти пары поступают в конденсатор (дефлегматор), где и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть — отводится в качестве дистиллята.