Экстракция
Нашей компанией производяться несколько типов жидкостных экстракторов: противоточные, тангенциальные, роторно — дисковые, прямоточные.
Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух не смешивающихся (или слабо смешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения (или экстракции):
kр = Cэ/Cст ≈ const ,
где Cэ, Cст, — концентрация экстрагируемого вещества в эктстрагенте и сточной воде соответственно при установившемся равновесии. Коэффициент распределения зависит от температуры, при которой проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и экстрагенте. После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. Сконцентрированное в эктстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе очистки.
Метод экстракционной очистки экономически целесообразен при значительной концентрации органических примесей или высокой стоимости извлекаемого вещества. Для большинства продуктов применение экстракции рационально при концентрации их 2 г/л и более.
Для успешного протекания процесса экстракции экстрагент должен иметь следующие свойства:
— хорошую экстрагирующую способность по отношению к экстрагируемому веществу, т. е. высокий коэффициент распределения;
— селективность – способность экстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу;
— малую растворимость в воде;
— плотность, отличающуюся от плотности воды;
— температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения
экстрагируемого вещества;
— небольшую удельную теплоту испарения и малую теплоемкость, что позволяет снизить расходы пара и охлаждающей воды;
— возможно меньшую огне- и взрывобезопасность;
— низкую токсичность;
— низкую стоимость.
Экстрагент не должен подвергаться заметному гидролизу и взаимодействовать с экстрагируемым веществом, материалом трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры экстракционной установки. Методы экстрагирования органических веществ по схемам контакта экстрагента и сточной воды можно разделить на перекрестноточные, ступенчато-противоточные, непрерывно-противоточные. Прямоток в процессах экстракции не применяется.
Ступенчато-противоточная экстракция может быть непрерывной или периодической (при малых расходах сточных вод). При непрерывно-противоточной экстракции вода и экстрагент движутся навстречу друг другу в одном аппарате, обеспечивающим диспергирование экстрагента в воде. При этом примеси сточной воды непрерывно переходят в экстрагент.
Если плотность обрабатываемой сточной воды больше плотности экстрагента, то вода вводится в экстракционную колонну сверху, а экстрагент − снизу (рис. 2а). При обратных условиях экстрагент вводится в верхнюю часть колонны, а обрабатываемая сточная вода − в нижнюю (рис. 2б).
Применение противоточных экстракционных колонн непрерывного действия целесообразно при многоступенчатой экстракции. Эффективность метода зависит от того, насколько легко образуются и разрушаются эмульсии в сточной воде, от длительности полного разделения фаз и кинетики экстрагирования.
Технологическая схема очистки производственных сточных вод экстракционным способом зависит от количества и состава сточных вод, свойств экстрагента, способов его регенерации и обычно включает следующие четыре этапа:
1. Подготовка воды перед экстракцией – для этого используются: отстойники, флотаторы, фильтры, нейтрализаторы, охладительные устройства.
2. Улавливание паров экстрагента (собственно экстракция) − используются экстракционная колонна и резервуары (сборники экстрагента). Конструкция экстракционной колонны зависит от способа контакта сточной воды и вида экстрагента.
Существуют колонны без какой-либо насадки – распылительные, инжекторные.
Часто применяются насадочные колонны, в качестве насадки используют блочные конструкции из керамики, металла, пластичных масс, а также засыпные элементы, выполненные из керамики, металлов (кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и др.). Для повышения интенсивности и эффективности перемешивания применяют тарельчатые колонны, колонны с пульсацией потоков или с движущимися сетчатыми тарелками. Экстракционные колонны имеют значительную высоту для обеспечения необходимой продолжительности контакта. В распылительной и насадочной колоннах, а также в колонне с движущимися сетчатыми тарелками высота, эквивалентная одной ступени экстракции, соответственно равна 10; 6; 0,8 м. Выбор типа колонны определяется необходимым числом ступеней экстракции и допустимыми затратами энергии.
3. Регенерации экстрагента из сточной воды. Отгонка экстрагента обычно осуществляется в насадочной колонне, в которую сверху подается обработанная сточная вода, а снизу — острый пар. Регенерация в зависимости от свойств экстрагента и его товарной способности может осуществляться отдувкой, воздухом или другими газами, а также экстракцией.
4. Регенерации экстрагента из экстракта – теплообменник, подогреватель, одно и двухступенчатая регенерационная (ректификационная) колонна, охлаждающее устройство, сепараторы, сборники регенерируемого экстракта и экстрагируемых веществ.
Таким образом, экстракция – процесс перераспределения примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента).
Источник
Что такое экстракция водой
Это очень мягкое прессование, при котором масло выжимается из измельченного наружного слоя кожуры, а из полученной субстанции выделяются ценные вещества.
Тем же способом из измельченных семян получают маслоносители.
Однако при этом методе экстракции, как и при холодном прессовании, масло теряет ряд своих ценных витаминных качеств.
Летучая смесь, конденсируясь, превращается в воду, на поверхности которой плавает эфирное масло, которое затем отделяют.
Метод довольно трудоемкий и материалоемкий.
При этом часть нерастворимых в спирте ценных веществ остается в сырье, тогда как прочие компоненты растворяются и удаляются.
Полученный концентрат затем нейтрализуют и высушивают.
На первой воздействием углеводородного раствора извлекается твердая субстанция, содержащая растительные воски и летучие масла.
На второй стадии к полученной субстанции добавляется растворитель, позволяющий разделить воски и масла. Затем воски удаляются, а оставшийся раствор масел подвергается испарению. Этот этап повторяется многократно до тех пор, пока чистое масло полностью не экстрагируется. Удаление остатков растворителя достигается мягким экстрагированием под давлением.
Источник
Жидкостная экстракция
Жидкостная экстракция является одним из наиболее распространенных процессов химической технологии.
Жидкостная экстракция — перевод одного или нескольких компонентов раствора из одной жидкой фазы в контактирующую и не смешивающуюся с ней другую жидкую фазу, содержащую избирательный растворитель (экстрагент).
Это один из массообменных процессов химической технологии.
Используется для извлечения, разделения и концентрирования растворенных веществ.
Жидкостная экстракция является одним из наиболее распространенных процессов химической технологии.
На долю жидкостной экстракции приходится около 20% всех затрат химической промышленности.
Широкое распространение получили экстракционные методы в фармацевтической, нефтеперерабатывающей промышленности, а также в атомной энергетике.
Экстрагенты обеспечивают переход целевых компонентов из исчерпываемой (тяжелой) фазы, которая чаще всего представляет собой водный раствор, в извлекающую (легкую) фазу (обычно органическую жидкость).
2 контактирующие жидкие фазы и распределяемый между ними целевой компонент образуют экстракционную систему.
Извлекающая фаза включает только экстрагент (или смесь экстрагентов) либо является раствором одного или нескольких экстрагентов в разбавителе, служащем для улучшения физических (вязкость, плотность) и экстракционных свойств экстрагентов.
В качестве разбавителей используют, как правило, жидкости (керосин, бензол, хлороформ и др.) либо их смеси, которые в исчерпываемой фазе практически нерастворимы и инертны по отношению к извлекаемым компонентам раствора.
Иногда к разбавителям добавляют модификаторы, повышающие растворимость экстрагируемых компонентов в извлекающей фазе или облегчающие расслаивание фаз (спирты, кетоны, трибутилфосфат и т. д.).
Основные стадии жидкостной экстракции:
- приведение в контакт и диспергирование фаз;
- разделение или расслаивание фаз на экстракт (извлекающая фаза) и рафинат (исчерпываемая фаза);
- выделение целевых компонентов из экстракта и регенерация экстрагента, для чего наряду с дистилляцией наиболее часто применяют реэкстракцию (процесс, обратный жидкостной экстракции), обрабатывая экстракт водными растворами веществ, обеспечивающих полный перевод целевых компонентов в раствор или осадок и их концентрирование;
- промывка экстракта для уменьшения содержания и удаления механически захваченного исходного раствора.
В любом экстракционном процессе после достижения требуемых показателей извлечения фазы должны быть разделены.
Эмульсии, образующиеся при перемешивании, обычно термодинамически неустойчивы, что обусловлено наличием избыточной свободной энергии вследствие большой межфазной поверхности.
Последняя уменьшается из-за коалесценции (слияния) капель дисперсной фазы.
Коалесценция энергетически выгодна (особенно в бинарных системах) и происходит до тех пор, пока не образуются 2 слоя жидкости.
Разделение эмульсий осуществляется, как правило, в 2 стадии.
Сначала довольно быстро осаждаются (всплывают) и коалесцируют крупные капли.
Значительно более мелкие капли остаются в виде «тумана», который отстаивается довольно долго.
Скорость расслаивания зачастую определяет производительность аппаратуры всего экстракционного процесса.
На практике для интенсификации разделения фаз используют центробежные сипы и применяют различные устройства или насадки, которые располагают в отстойниках.
В ряде случаев расслаиванию способствует электрическое поле.
Основные требования к промышленным экстрагентам:
высокая экстракционная емкость по целевому компоненту;
низкая растворимость в рафинате;
совместимость с разбавителями;
высокая химическая, а в ряде случаев и радиационная стойкость;
негорючесть или достаточно высокая температура вспышки (более 600С);
невысокая летучесть и низкая токсичность;
доступность и невысокая стоимость.
Наиболее распространенные промышленные экстрагенты подразделяют на классы:
нейтральные, извлечение которыми осуществляется по разным механизмам в зависимости от кислотности исходного раствора — вода, фосфорорганические соединения (в основном, трибугилфосфат), нефтяные сульфоксиды, насыщенные спирты, простые и сложные эфиры, альдегиды, кетоны и др.;
кислые, которые извлекают катионы металлов в органическую фазу из водной — фосфорорганической к-ты (ди(2-этилгексил)фосфорная кислота), карбоновые и нафтеновые кислоты, сульфокислоты, алкилфенолы, хелатообразующие соединения (гидроксиоксимы, алкилгидроксихинолины, бета-дикетоны);
основные, с помощью которых извлекают анионы металлов из водных растворов — первичные, вторичные, третичные амины и их соли, соли четвертичных аммониевых, фосфониевых и арсониевых оснований и др.
Термодинамически жидкостная экстракция — самопроизвольный процесс выравнивания химических потенциалов веществ в контактирующих фазах.
Жидкостную экстракцию осуществляют в экстракторах, с однократным и многократным контактом фаз.
При многоступенчатой экстракции ступенями разделения служат отдельные экстракторы или их секции.
Многократная экстракция, наиболее распространенная в промышленности, проводится непрерывно и по способу движения фаз подразделяется на противоточную, полупротивоточную и перекрестноточную.
Чаще всего применяют противоточную экстракцию 1-м экстрагентом с числом ступеней обычно до 10.
Для трудноразделяемых компонентов число ступеней достигает 70-100.
Четкость разделения исходной смеси можно повысить, используя следующие способы.
При жидкостной экстракции с обратной флегмой экстрагент и рафинат частично отделяются от соответствующего экстракта и исходного раствора; далее определенные доли этих фракций обратно возвращаются в экстрактор навстречу уходящим потокам (процесс проводят подобно ректификации).
При жидкостной экстракции с двумя несмещивающимися экстрагентами каждый из них избирательно растворяет какой-либо компонент или группу компонентов экстракционной системы системы.
Источник
