Химия онлайн
ЭКСТРАКЦИЯ ЖИДКОСТНАЯ

ЭКСТРАКЦИЯ ЖИДКОСТНАЯ (позднелат. extractio - извлечение, от extraho - вытягиваю, извлекаю), перевод одного или неск. компонентов р-ра из одной жидкой фазы в контактирующую и не смешивающуюся с ней др. жидкую фазу, содержащую избират. растворитель (экстрагент); один из массообменных процессов хим. технологии. Используется для извлечения, разделения и концентрирования растворенных в-в.
Экстрагенты обеспечивают переход целевых компонентов из исчерпываемой (тяжелой) фазы, к-рая чаще всего представляет собой водный р-р, в извлекающую (легкую) фазу (обычно орг. жидкость). Две контактирующие жидкие фазы и распределяемый между ними целевой компонент образуют экстракц. систему. Извлекающая фаза включает только экстрагент (или смесь экстрагентов) либо является р-ром одного или неск. экстрагентов в разбавителе, служащем для улучшения физ. (вязкость, плотность) и экстракц. св-в экстрагентов. В качестве разбавителей используют, как правило, жидкости (керосин, бензол, хлороформ и др.) либо их смеси, к-рые в исчерпываемой фазе практически нерастворимы и инертны по отношению к извлекаемым компонентам р-ра. Иногда к разбавителям добавляют модификаторы, повышающие растворимость экстрагируемых компонентов в извлекающей фазе или облегчающие расслаивание фаз (спирты, кетоны, трибутилфосфат и т.д.).
К осн. стадиям Э. ж. относятся: 1) приведение в контакт и диспергирование фаз; 2) разделение или расслаивание фаз на экстракт (извлекающая фаза) и рафинат (исчерпываемая фаза); 3) выделение целевых компонентов из экстракта и регенерация экстрагента, для чего наряду с дистилляцией наиб. часто применяют реэкстракцию (процесс, обратный Э. ж.), обрабатывая экстракт водными р-рами в-в, обеспечивающих полный перевод целевых компонентов в р-р или осадок и их концентрирование; 4) промывка экстракта для уменьшения содержания и удаления механически захваченного исходного р-ра.
В любом экстракц. процессе после достижения требуемых показателей извлечения фазы должны быть разделены. Эмульсии, образующиеся при перемешивании, обычно термодинамически неустойчивы, что обусловлено наличием избыточной своб. энергии вследствие большой межфазной пов-сти. Последняя уменьшается из-за коалесценции (слияния) капель дисперсной фазы. Коалесценция энергетически выгодна (особенно в бинарных системах) и происходит до тех пор, пока не образуются два слоя жидкости (см. Коалесценция, Тонкие пленки).
Разделение эмульсий осуществляется, как правило, в две стадии. Сначала довольно быстро осаждаются (всплывают) и коалесцируют крупные капли. Значительно более мелкие капли остаются в виде "тумана", к-рый отстаивается довольно долго. Скорость расслаивания зачастую определяет производительность аппаратуры всего экстракц. процесса. На практике для интенсификации разделения фаз используют центробежные силы и применяют разл. устройства или насадки, к-рые располагают в отстойниках (см. ниже). В ряде случаев расслаиванию способствует электрич. поле.
Осн. требования к пром. экстрагентам: высокая избирательность; высокая экстракц. емкость по целевому компоненту; низкая растворимость в рафинате; совместимость с разбавителями; легкость регенерации; высокие хим., а в ряде случаев и радиационная стойкость; негорючесть или достаточно высокая т-ра вспышки (более 60 °С); невысокая летучесть и низкая токсичность; доступность и невысокая стоимость.
Наиб. распространенные пром. экстрагенты подразделяют на след. классы: 1) нейтральные, извлечение к-рыми осуществляется по разным механизмам в зависимости от кислотности исходного р-ра,- вода, фосфорорг. соед. (главным образом трибутилфосфат), нефтяные сульфоксиды, насыщенные спирты, простые и сложные эфиры, альдегиды, кетоны и др.; 2) кислые, к-рые извлекают катионы металлов в орг. фазу из водной,- фосфорорг. к-ты [ ди(2-этилгексил)фосфорная к-та], карбоновые и нафтеновые к-ты, сульфокислоты, алкилфенолы, хелатообразующие соед. (гидроксиоксимы, алкилгидроксихинолины,Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-1.jpg-дикетоны); 3) основные, с помощью к-рых извлекают анионы металлов из водных р-ров,-первичные, вторичные, третичные амины и их соли, соли четвертичных аммониевых, фосфониевых и арсониевых оснований и др.

Равновесие при экстракции

Термодинамически Э. ж.- самопроизвольный процесс выравнивания хим. потенциалов в-в в контактирующих фазах (см. Фазовое равновесие). Состояние равновесия характеризуется термодинамической константой распределения Рт, в общем случае описываемой выражением:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-2.jpg

гдеХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-3.jpgиХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-4.jpg- соотв. стандартный хим. потенциал и термоди-намич. активность распределяемого компонента в извлекающей фазе;Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-5.jpg и а - то же для распределяемого компонента в исчерпываемой фазе; R - универсальная газовая постоянная; Т-т-ра.
Разность хим. потенциалов переносимых компонентов в фазах представляет собой движущую силу Э. ж. Точное определение хим. потенциалов в экстракц. системах в настоящее время затруднительно. Поэтому для упрощения инженерных расчетов за движущую силу процесса принимают разностьХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-6.jpg между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями целевого компонента в фазах.
Для экстракц. равновесий справедливо фаз правило. Его применение к простейшей экстракц. системе (двухфазной из трех компонентов) при условии, что т-ра и давление обычно не изменяются, дает вариантность системы (т. е. число ее термодинамич. степеней свободы), равную единице. Это означает, что существует взаимно однозначное соответствие между равновесными концентрациями распределяемого компонента в исчерпываемой (с)и извлекающейХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-7.jpg фазах. Благодаря этому для характеристики равновесного распределения используют кривую равновесия, или изотерму экстракцииХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-8.jpg, и коэффициент распределенияХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-9.jpg (рис. 1 и 2). При существенной взаимной р-римости фаз для описания экстракц. равновесий вместо декартовых координат применяют более сложные диаграммы, напр. в плоскости равностороннего треугольника (см. также Диаграмма состояния).
По величине коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-10.jpg судят об экстракц. способности экстрагента: чем больше этот параметр, тем выше способность данного р-рителя извлекать целевой компонент. В экстракц. системах коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-11.jpg изменяется в широких пределах. Знание закономерностей экстракц. равновесий и ур-ний для их описания позволяет выбирать условия, обеспечивающие необходимые значения а.

Для характеристики экстракц. разделения двух в-в используют коэффициент разделенияХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-12.jpg численно равный отношению соответствующих коэффициент распределения этих в-в (обычно большего к меньшему) в экстракте и рафинате:Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-16.jpg Факторы, влияющие на экстракц. разделение, многочисленны и определяются не только закономерностями экстракц. равновесия, но и способом организации процесса (см. ниже). Напр., при однократном контакте фаз наилучшее разделение двух компонентов в состоянии равновесия достигается при макс. различии их степеней извлечения. Для практич. реализации разделения при многоступенчатой противоточной Э. ж. бывает достаточноХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-17.jpg= 1,5-2,0 (разделение лантаноидов и др.).

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-13.jpg

Рис. 1. Типичные изотермы экстракции неэлектролитов (1,2) и электролитов (2,3).

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-14.jpg

Рис. 2. Типичные зависимостиХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-15.jpg=/(с) при экстракции неэлектролитов (1,2) и электролитов (2,3).

На экстракц. равновесие сильное влияние оказывают также коэффициент активности компонентов в фазах, что объясняется относительно небольшим изменением своё [свое], энергии при экстракции (до 11 кДж/моль).
Ур-ние (1) - самое общее выражение, характеризующее экстракц. равновесие. Вид этого ур-ния применительно к конкретной экстракц. системе обусловлен природой и состоянием в-в в фазах. По данным признакам различают распределение в след, экстракц. системах: неэлектролит - неэлектролит, электролит - неэлектролит, электролит - электролит.

Экстракция в системах неэлектролит - неэлектролит. Для этих систем, в к-рых экстракция не сопровождается хим. реакциями, характерно т. наз. физическое распределение, обусловленное сравнительно слабыми ван-дер-ваальсовыми взаимод. экстрагента с извлекаемым в-вом. В этом случае:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-18.jpg

гдеХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-19.jpgиХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-20.jpg- коэффициент активности экстрагируемого в-ва соотв. в извлекающей и исчерпываемой фазах. ПриХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-21.jpg иХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-22.jpg коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-23.jpg (закон Бертло-Нернста). Выражению (2) отвечают начальные участки равновесных кривых 1 на рис. 1 и 2. Отклонения от линейности в области больших концентраций вызваны изменениями коэффициент активности в-в в фазах.

Экстракция в системах электролит - неэлектролит, в к-рых электролит диссоциирует в водной фазе, возможна лишь при условии образования сравнительно прочной хим. связи (энергия связи 40-200 кДж/моль) между экстрагентом и извлекаемым компонентом. Количеств. описание экстракц. равновесий в данных системах основано на применении действующих масс закона. Хим. связь между извлекаемым компонентом и экстрагентом м. б. образована в результате р-ций присоединения (по сольватному или гидратно-сольватному механизму), катионного или анионного обмена, а также разл. сочетаний этих процессов.
Сольватный и гидратно-сольватный механизмы типичны для нейтральных экстрагентов. Реализация каждого механизма зависит от соотношения между своб. энергиями гидратации извлекаемого компонента и его взаимод. с экстрагентом. Для экстрагентов этого класса характерно существ. влияние на экстракц. равновесие гидратации, сольватации и (в случае достаточно разбавл. р-ров) электролитич. диссоциации в орг. фазе.
По сольватному механизму с образованием донорно-акцепторных связей извлекаются соли металлов (напр., экстракция нитратов урана, тория, лантаноидов трибутилфосфатом), с образованием водородной связи - нек-рые к-ты (напр., экстракция HNO3 триоктилфосфиноксидом). Процессы экстракции м. б. записаны, напр., так:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-24.jpg

где М - извлекаемый металл; X - анион;Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-25.jpg- экстрагент; v+, v-, q - стехиометрич. коэффициент; z - зарядовое число; черта над знаком или формулой означает нахождение в-ва в извлекающей (в данном случае, органической) фазе.
Константа равновесия суммарной хим. р-ции образования извлекаемого соед. наз. термодинамической константой экстракции (КТ). Напр., для р-ции (3) имеем:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-26.jpg

где Кки Кэф - концентрационная и эффективная константы экстракции (для практич. целей часто ограничиваются расчетом только Kк)Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-27.jpgХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-28.jpg- средний ионный коэффициент активности ионов; сэ иХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-29.jpg- исходная концентрация и коэффициент активности экстрагента. Для извлечения по сольватному механизму характерно вытеснение воды из орг. фазы при возрастании в ней содержания извлекаемого компонента.
Гидратно-сольватный механизм реализуется за счет взаимод. экстрагента с гидратной оболочкой экстрагируемых компонентов. Поэтому по мере извлечения в орг. фазе увеличивается содержание воды, равновесная концентрация к-рой зависит от разл. факторов. Такой механизм характерен для экстракции сильных к-т (напр., НС1, НС1О4) трибутилфосфатом, а также солей металлов спиртами, простыми и сложными эфирами, кетонами и др. слабоосновными экстрагентами.
Для р-ций, протекающих по механизму присоединения, характерно стремлениеХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-30.jpg к нулю при уменьшении концентрации извлекаемого компонента в исчерпываемой фазе вследствие увеличения его степени диссоциации. Поэтому в системах с нейтральными экстрагентами зачастую используют высаливатели (см. Высаливание) - обычно неэкстрагирующиеся электролиты с одноименным по отношению к извлекаемому компоненту анионом. Введение высаливателя приводит к изменению формы изотермы экстракции и увеличениюХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-31.jpg
Катионный обмен типичен для экстракции ионов металлов кислыми экстрагентами, напр. фосфорорг., карбоновыми и др. к-тами. Образующаяся соль, как правило, сольватирована молекулами экстрагента:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-32.jpg

Для таких процессов наблюдается линейное возрастание lgХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-33.jpg с увеличением рН, что является следствием закона действующих масс. В ряде случаев (напр., при экстракции U фосфорорг. к-тами) наряду с ионным обменом возможно образование координац. связи между фосфорильной группой и извлекаемым компонентом.
Анионный обмен характерен для экстракции минер. к-т и ионов металлов солями аминов и четвертичных аммониевых оснований, напр.:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-34.jpg

Экстракция соед. металлов солями аминов возможна также и по механизму р-ций присоединения. Для экстракции с помощью этих в-в типично сильное влияние на параметры равновесия процессов ассоциации в орг. фазе.
Извлечение ионов металлов кислыми хелатообразующими экстрагентами, а также смесями, напр. нейтральных и кислых экстрагентов, происходит по смешанному механизму. В первом случае катионный обмен дополняется донорно-акцепторными взаимод. с участием донорных атомов (обычно N или О) экстрагента. Во втором случае более полно реализуются координац. возможности иона металла за счет образования смешанных комплексов типа M[XZSq]. Повышенная прочность комплексов обусловливает увеличение коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-35.jpg

Экстракция в системах электролит-электролит ограниченно распространена в пром-сти и используется главным образом в науч. исследованиях. Описание равновесий в этих системах в отличие от рассмотренных требует учета электролитич. диссоциации компонентов р-ров в обеих фазах.

Синергизм. При экстракции смесями экстрагентов часто наблюдаются изменения коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-36.jpg вследствие изменений коэффициент активности извлекаемого компонента в фазах или образования сольватов. Такой эффект, наз. синергетическим или синергизмом, выражается в том, что экспериментально определяемый коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-37.jpg оказывается больше этого коэффициент, вычисленного по схеме аддитивности. Синергизм обычно реализуется при невысоких концентрациях распределяемого компонента в извлекающей фазе. При более полном использовании емкости экстрагента наблюдается противоположный эффект (антагонизм), при к-ром коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-38.jpg меньше суммы коэффициент распределения компонентов данной системы.

Кинетика экстракции Э. ж., как и любой реальный процесс, протекает во времени. Кинетически Э. ж. представляет собой массопередачу (см. Массообмен), к-рая сопровождается разнообразными физико-химический процессами, происходящими на межфазной границе, в прилегающих к ней слоях и в объемах фаз. Скорость экстракции, или кол-во в-ва, переходящего в единицу времени из одной фазы в другую, определяется по ф-ле:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-39.jpg

где К - коэффициент массопередачи; F - площадь межфазной пов-сти;Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-40.jpg - движущая сила процесса. Если параметры v, F иХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-41.jpg известны, то можно найти значение плотности межфазного потока (j), коэффициент массопередачи и обратную ему величину - т. наз. сопротивление массопередаче (Rм):

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-42.jpg

В зависимости от природы Rм или, иными словами, в зависимости от того, каким конкретно процессом (хим. р-цией или диффузией) лимитируется скорость извлечения в-ва, м. б. предложены разл. способы воздействия на скорость экстракции. Возможны два осн. пути ее регулирования:
1) введением в экстракц. систему мех. энергии, затрачиваемой на принудит. перемешивание и диспергирование фаз с целью увеличения пов-сти их контакта и коэффициент массоотдачи в фазах;
2) воздействием на скорость хим. р-ций и межфазных физико-химический процессов.
В хим. технологии в качестве гл. фактора интенсификации Э. ж. используют первый путь, т. к. обычно скорость экстракции лимитируется диффузией. Однако необходимо учитывать, что возрастание межфазной пов-сти и коэффициент массоотдачи в фазах становится все менее заметным по мере увеличения интенсивности принудит. перемешивания. Поэтому попытки дальнейшего ускорения экстракции за счет дополнит. затрат
мех. энергии могут оказаться неэффективными. Кроме того, при интенсивных режимах перемешивания возможно снижение скорости разделения фаз на последующих стадиях процесса. Если скорость извлечения в-ва ограничена скоростью медленных хим. р-ций в фазах, то при прочих равных условиях скорость экстракции не зависит от размера межфазной пов-сти. Интенсификация экстракц. процесса возможна лишь за счет ускорения самих р-ций.
В подавляющем большинстве экстракц. систем, особенно при интенсивном перемешивании, сопротивление массопердаче Rм сосредоточено в межфазной области. Это означает, что все действующие в ней факторы будут оказывать влияние на коэффициент массопередачи. К числу таких факторов относятся: межфазные р-ции между экстрагентом и извлекаемым в-вом; блокировка межфазной пов-сти в результате аккумуляции на ней труднорастворимых продуктов р-ций, микрокапель, твердых частиц или, др. словами, вследствие образования в межфазной области конденсир. меж фазных пленок и зон микрогетерогенности; влияние процессов адсорбции - десорбции и двойного электрич. слоя; самопроизвольная межфазная конвекция из-за нарушения гидродинамич. стабильности границы раздела фаз (эффект Марангони).
Знание закономерностей кинетики процесса и информация о коэффициент массопередачи необходимы для расчетов экстракц. аппаратуры и определения путей интенсификации Э. ж.

Способы организации процесса Э. ж. осуществляют в аппаратах, наз. экстракторами, с однократным и многократным контактом фаз. Соотв. различают однократную (одноступенчатую) и многократную (многоступенчатую) экстракцию; при этом ступенями разделения служат отдельные аппараты или их секции.

Многократная экстракция, наиб. распространенная в пром-сти, проводится непрерывно и по способу движения фаз подразделяется на противоточную, полупротивоточную и перекрестноточную. Чаще всего применяют противоточную экстракцию одним экстрагентом (рис. 3) с числом ступеней обычно 5-10. Для трудноразделяемых компонентов (напр., близких по св-вам лантаноидов) число ступеней достигает 70-100.

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-43.jpg

Рис. 3. Схема ггротивоточной многократной экстракции: 1-4, ..., n - экстракторы.

Четкость разделения исходной смеси можно повысить, используя след. способы. При Э. ж. с обратной флегмой экстрагент и рафинат частично отделяются от соотв. экстракта и исходного р-ра; далее определенные доли этих фракций обратно возвращаются в экстрактор навстречу уходящим потокам (процесс проводят подобно ректификации). При Э. ж. с двумя несмешивающимися экстрагентами каждый из них избирательно растворяет к.-л. компонент или группу компонентов экстракц. системы.
Реже используют полупротивоток и перекрестный ток. При полупротивоточной экстракции одна фаза "неподвижна" (не перемещается со ступени на ступень), а др. фаза последовательно проходит все ступени каскада (см. ниже), вымывая компоненты р-ра в порядке убывания коэффициентХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-45.jpg Полупротивоток применяют для извлечения и разделения компонентов, присутствующих в системе в очень малых кол-вах. При необходимости более полного извлечения целевого компонента из исходного р-ра иногда используют перекрестноточную экстракцию (рис. 4): исчерпываемая фаза движется последовательно вдоль ступеней каскада, а извлекающая фаза поступает на каждую ступень и с нее же выводится.

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-44.jpg

Рис. 4. Схема перекрестноточной многократной экстракции (Э - экстракторы).

Однократная экстракция, осуществляемая периодически или непрерывно, возможна лишь при высоких значенияхХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-46.jpg и применяется преимущественно для аналит. целей. Примером пром. реализации одноступенчатого процесса может служить мембранная экстракция, основанная на использовании мембран жидких и сочетающая одновременно прямой процесс и реэкстракцию. Роль мембран выполняет слой орг. жидкой фазы, разделяющий два водных р-ра - исчерпываемый и извлекающий. Жидкая мембрана обычно содержит активный компонент - экстрагент, служащий для переноса целевых компонентов из исчерпываемой фазы в извлекающую. Разновидность мембранной Э. ж.- экстракция во множественных эмульсиях вода - масло - вода.

Оптимизация экстракции. Э. ж.- многофакторный процесс, мат. описание и оптимизация к-рого требуют сведения воедино совокупности равновесных, кинетич., гидродинамич., конструктивных данных и результатов масштабирования (см. Масштабный переход). Эта задача успешно решается с помощью структурного моделирования экстракц. процессов. В основе его лежат т. наз. структурные модели, адекватно описывающие равновесие, кинетику и аппаратурное оформление каждого реального процесса. В отличие от функциональных моделей, к-рые также используются для описания экстракц. процесса, но рассматривают его или отдельные элементы лишь с целью установления количеств. корреляции между отдельными параметрами, структурные модели обладают более широкими экстраполяц. возможностями и пригодны для оптимизации Э. ж. на стадии пром. проектирования.

Аппаратурное оформление процесса. По способу контакта фаз пром. экстракторы подразделяют на дифференциально-контактные (колонные аппараты), ступенчатые и промежуточные конструкции. Аппараты первой группы отличаются непрерывным контактом фаз и плавным изменением концентрации извлекаемого компонента вдоль длины (высоты) аппарата. При таком профиле концентраций фазы ни в одной точке экстрактора не приходят в равновесие. Эти аппараты более компактны и требуют ограниченных производств. площадей, однако в них за счет продольного перемешивания (обусловлено конвективными осевыми потоками, застойными зонами, турбулентными пульсациями и т. д.) может значительно уменьшаться средняя движущая сила.
Аппараты второй группы состоят из дискретных ступеней, в каждой из к-рых осуществляется контакт фаз, после чего они разделяются и движутся противотоком в послед. ступени. Продольное перемешивание выражено слабее, но необходимость разделения фаз между соседними ступенями может приводить (при плохо отстаивающихся системах) к существ. увеличению размеров экстрактора.

Колонные экстракторы подразделяют на гравитационные и с внеш. подводом энергии. Эффективность колонн оценивают кпд отдельных ступеней разделения, высотой, эквивалентной теоретич. ступени (ВЭТС), либо высотой единицы переноса (ВEП). ВЭТС зависит от гидродинамич. режима в колонне и физико-химический св-в экстракц. системы. Высоту (длину) колонны, в к-рой проводится многоступенчатый процесс, рассчитывают по ф-ле: H = N x ВЭТС(ВЕП), где N - необходимое число ступеней, определяемое, как правило, графически по изотермам экстракции и материальным балансам или с помощью расчетов на ЭВМ.
Гравитационные экстракторы. В них движение взаимодействующих жидкостей происходит под действием разности плотностей фаз; поверхность их контакта образуется за счет собств. энергии потоков. К этим аппаратам относятся распылительные, насадочные и ситчатые экстракторы.
Распылит. экстракторы (рис. 5) - полые колонны, снабженные соплами, инжекторами и др. распылителями для диспергирования взаимодействующих фаз. Такие аппараты отличаются простотой и высокой производительностью, но сравнительно невысокой эффективностью. Несколько более эффективны, но менее производительны насадочные экстракторы, не отличающиеся по устройству от др. подобных массообменных аппаратов (см. также Насадочные аппараты). Ситчатые экстракторы представляют собой колонны с перфорир. тарелками, снабженными переливными устройствами (см. также Тарельчатые аппараты). Одна из взаимодействующих жидкостей, проходя через отверстия тарелок, диспергируется; благодаря этому создается большая поверхность контакта с встречной жидкостью, протекающей по переливным устройствам в виде сплошной фазы. Ситчатые экстракторы уступают по производительности только распылит. экстракторам, надежны в работе (вследствие простоты конструкции и отсутствия движущихся частей), однако имеют низкую эффективность.
По сравнению с др. колонными аппаратами все гравитац. экстракторы малоэффективны (ВЭТС может достигать 3 м) из-за относительно небольшой площади уд. пов-сти контакта фаз, обусловленной крупными размерами капель (до неск. мм). Подвод энергии позволяет раздробить капли (до десятых долей мм), в результате чего требуемую высоту колонны можно уменьшить на порядок.

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-47.jpg

Рис. 5. Распылительный экстрактор: 1,2 - распылители.

Экстракторы с внешним подводом энергии подразделяются на пульсационные (см. Пулъсационные аппараты), вибрационные (см. Вибрационная техника), с мех. перемешиванием. К аппаратам последнего типа относятся экстракторы роторно-дисковые и с чередующимися смесит. и отстойными насадочными секциями (колонны Шайбеля). В роторно-дисковых аппаратах (рис. 6) вращающиеся диски перемешивают и диспергируют контактирующие жидкости, после чего они расслаиваются. В колоннах Шайбеля (рис. 7) лопастные или турбинные мешалки размещены на общем вертикальном валу попеременно со слоями неподвижной насадки. Перемешанные жидкости, пройдя через слой насадки, расслаиваются.

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-48.jpg

Рис. 6. Роторно дисковый экстрактор: 1 - ротор (вал с дисками); 2 - кольцевые перегородки статора.

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-49.jpg

Рис. 7. Экстрактор с чередующимися смесительными и отстойными секциями (колонна Шайбеля): 1 -вал; 2 - мешалка; 3 - насадка.

Ступенчатые экстракторы. К ним относятся разл. типы смесителей-отстойников. Секция такого аппарата по эффективности приближается к одной теоретич. ступени. Требуемого числа ступеней достигают соединением секций в каскад. Зачастую неск. секций, разделенных перегородками, объединяют в одном корпусе (ящичные экстракторы; рис. 8). Каждая секция (ступень) имеет смесит. и отстойную камеры. Перемешивание фаз м. б. пульсационным или механическим (чаще всего применяют турбинные мешалки, одновременно транспортирующие жидкости из ступени в ступень).

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 6029-50.jpg

Рис. 8. Яшичный экстрактор: 1,3 - смесительная и отстойная камеры; 2 - перегородка; 4 - граница раздела фаз; 5 -рециркуляц. труба; 6 - всасывающий коллектор; 7 - турбинная мешалка.

Достоинства смесителей-отстойников: возможность варьирования нагрузок в широких пределах; возможность быстрого достижения требуемой производительности после остановки процесса; возможность формирования каскадов из большого числа ступеней; простота эксплуатации. Недостатки: большие объемы перерабатываемых в аппаратах р-ров и опасность возникновения пожаров; медленное установление равновесия; большое число мех. и пневматич. устройств; повышенная чувствительность к твердым загрязнениям, что снижает надежность работы; высокая металлоемкость. Смесители-отстойники имеют преимущества перед колонными экстракторами в процессах с малым или очень большим числом ступеней, а также в процессах с большими потоками (до 1000 м3/ч).

Экстракторы промежуточных конструкций. Среди аппаратов, занимающих промежуточное положение между дифференциально-контактными и ступенчатыми, наиб. распространены центробежные экстракторы, в к-рых разделение, а иногда и перемешивание фаз происходят в поле действия центробежных сил. Рабочий орган (ротор) этих аппаратов состоит из набора перфорир. с обоих концов цилиндров, спиральных лент и др. Исходный р-р и экстрагент движутся навстречу один другому, причем более тяжелая фаза - от центра к периферии, а более легкая - в обратном направлении. Контакт жидкостей происходит на пути их движения, а диспергирование - при прохождении через перфорир. части цилиндров.
Центробежные экстракторы подразделяют на камерные (дискретно-ступенчатые) и дифференциально-контактные. Аппараты первой группы состоят из отдельных ступеней (камер), в каждой из к-рых движущиеся противотоком фазы последовательно перемешиваются и разделяются (напр., экстракторы "Лувеста" и "Робатель"). В аппаратах второй группы процесс протекает при близком к непрерывному контакту движущихся встречных потоков фаз; движение происходит по каналам, образованным внутр. перегородками ротора (напр., экстракторы Подбильняка).
Центробежные экстракторы отличаются высокими производительностью (потоки до сотен м3/ч) и эффективностью (3-10 теоретич. ступеней), малой продолжительностью контакта фаз (неск. секунд и менее), интенсивным массообменом. Такие аппараты перспективны в произ-вах неустойчивых соед. (напр., антибиотики), при переработке высокорадиоактивных р-ров и стойких эмульсий, систем с близкими плотностями фаз.
Выбор экстракторов оптим. конструкций для конкретных пром. процессов должен базироваться на технико-экономич. сравнении аппаратов с учетом эффективности их работы, производительности, разделит, способности, энергетич., капитальных и эксплуатац. затрат.
В лаб. практике применяют в основном те же, что и в пром-сти, способы Э. ж., проводимой в стеклянных, металлич. или полимерных экстракторах разнообразных конструкций, простейшие из к-рых - делительные воронки, прибор Льюиса (хим. стакан с мешалками) и др.

Области применения экстракционных процессов

Экстракция органических соединений широко распространена в основном орг. синтезе, нефте-, коксо-и лесохимии и др. отраслях пром-сти. Примеры: разделение смесей углеводородов нефтяных фракций на группы компонентов близкого хим. состава (ароматич. углеводороды и легкие парафины); извлечение ароматич. углеводородов (бензол, толуол, ксилолы) из продуктов каталитич. риформинга; очистка смазочных масел; выделение фенолов из фракций кам.-уг. смолы; извлечение бутадиена из смеси углеводородов в произ-ве СК; извлечение из водных р-ров орг. к-т с послед, их концентрированием (уксусная, акриловая, лимонная к-ты). В хим.-фармацевтич. и микробиологический отраслях пром-сти экстракцию используют в произ-ве лекарственный препаратов - алкалоидов, антибиотиков, витаминов, гормонов; в пищ. пром-сти - для очистки масел и жиров и др.
Экстракция неорганических соединений. Применение Э. ж. в гидрометаллургии позволяет создавать эффективные технологический схемы, обеспечивающие комплексную переработку минер, сырья и вторичных ресурсов. Экстракцию используют в технологии U и облученного ядерного горючего (извлечение и разделение U и Рu, выделение радионуклидов), редких и рассеянных (Be, Zr, Hf, Nb, Та, РЗЭ, Mo, W, Re и др.), цветных (А1, Сu, Ni, Co, Zn и др.) и благородных (Ag, Au, Pt и др.) металлов, а также высокочистых соед. Fe (см. также, напр., Выщелачивание, Гидрометаллургия).
Важная область применения экстракции - очистка Н3РО4. Процесс можно проводить, экстрагируя к-ту из водной фазы, загрязненной примесями, в орг. растворитель или извлекая неже-лат. примеси в экстрагент.
Охрана окружающей среды. С этой целью экстракцию используют для очистки технологический р-ров и сточных вод и выделения из них ценных (напр., фенолы, метиленхлорид, нек-рые хладоны) и токсичных в-в (см. также Охрана природы).
Экстракция в аналит. химии и радиохимии. В аналит. химии Э. ж. применяют с целью селективного извлечения целевых хим. элементов из смесей для количеств, анализа, а также для определения содержания примесей в исследуемых соед., что важно при получении особо чистых в-в. Как метод аналит. химии Э. ж. отличают высокая избирательность, простота проведения, универсальность (возможность выделения практически любого элемента).
В радиохимии Э. ж. используют главным образом для очистки радиоактивных в-в от примесей, извлечения из облученных мишеней радионуклидов и их разделения, выделения стабильных нуклидов из разл. объектов и т. д. (см. также, напр., Изотопов разделение).
Э. ж. часто сочетают с др. методами, напр. хроматографией, соосаждением, дистилляцией.
Экономич. показатели Э. ж. определяются в основном стоимостью извлекаемого в-ва и экстрагента, а также затратами на его регенерацию. При технико-экономич. анализе процесса необходимо учитывать потери экстрагента, соизмеряя их со стоимостью целевого продукта. Э. ж.- один из самых низкоэнергоемких хим.-технологический процессов и поэтому может успешно конкурировать с иными массообменными процессами. Другие осн. достоинства Э. ж.: низкие рабочие т-ры; возможность весьма полного разделения азеотропных смесей и смесей близких по св-вам компонентов; эффективность извлечения ценных и токсичных компонентов из разбавл. р-ров; возможность сочетания с иными процессами хим. технологии (напр., ректификацией и кристаллизацией); относит. простота аппаратурного оформления и возможность полной автоматизации.

Лит.: Фомин В. В., Химия экстракционных процессов, М., I960; Трейбал Р., Жидкостная экстракция, пер. с англ., М., 1966; Золотов Ю. А., Экстракция внутрикомплексных соединений, М., 1968; Последние достижения в области жидкостной экстракции, под ред. К. Хансона, пер. с англ., М., 1974; Справочник по экстракции, под ред. A.M. Розена, т. 1-3, М., 1976-78; БСЭ, 3 изд., т. 30, М., 1978, с. 16-18; Основы жидкостной экстракции, М., 1981; Химический энциклопедический словарь, М., 1983, с. 693-95; Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology, 3 ed., v. 9, N. Y., 1980, p. 672-721; Handbook of solvent extraction, N. Y., 1983.

В. В. Тарасов, А. А. Пичугин.

 

Полезные интернет ресурсы:

Health-News.ru Большая медицинская энциклопедия

Health-News.ru Лекарства Фармакологический справочник

Educationspb.ru рефераты справочная информация для учащихся учебники

Gendna.ru Генетика, методы генетики, медицинская генетика

Оptbazastroymat.ru Стройсловарь строительство ремонт полезные советы

YFermer.ru Фермерское хозяйство, сельское хозяйство

 

источник:  "Химическая энциклопедия", изд. "Советская энциклопедия", М., 1988


просмотров: 1725
Search Results from Ebay.US* DE* FR* UK
Buy 3 get 1 FREE VANI-SOL - PRO HIGH ACID TOILET BOWL CLEANER (4) 32 oz Bottles

$6.07
End Date: Friday Sep-1-2017 18:11:14 PDT
Buy It Now for only: $6.07
|
WD-40 490088 Lubricant,Aerosol Can,16 oz. G5417641

$233.43
End Date: Tuesday Aug-22-2017 18:49:39 PDT
Buy It Now for only: $233.43
|
LPS 00305 LPS 3(R) Premier Rust Inhibitor, 5gal

$15.99
End Date: Sunday Sep-3-2017 22:40:19 PDT
Buy It Now for only: $15.99
|
Granite and Marble Polish Italian Craftsman Polish 1-16 OZ Bottle FREE SHIPPING

$11.99
End Date: Friday Sep-15-2017 7:47:54 PDT
Buy It Now for only: $11.99
|
DE-OX-ID / DEOXID Premium Electronic Contact Cleaner Spray, The Best!

$9.67
End Date: Thursday Sep-14-2017 12:20:55 PDT
Buy It Now for only: $9.67
|
Amodex Ink and Stain Remover, 4 Ounce, Non-Toxic, 4 oz bottle (118mL)

$10.91
End Date: Saturday Aug-26-2017 20:20:19 PDT
Buy It Now for only: $10.91
|
CRC 3301 Silicone Mold Release,Food Grade,16 Oz.

$28.95
End Date: Saturday Aug-26-2017 10:47:16 PDT
Buy It Now for only: $28.95
|
Starbrite Aluminum Cleaner Restorer 64 fl oz 87764 Pontoon Boat Canoe Cleaning

$27.24
End Date: Thursday Sep-14-2017 18:02:38 PDT
Buy It Now for only: $27.24
|
Search Results from AllSoft: новости

Сан-Франциско ждет! Вы — Маркус, блестящий хакер, объединяетесь с DedSec, чтобы противостоять ctOS 2.0, системе глобального контроля. Сокрушите ее, это будет взлом века!
Первым покупателям — скидка 250 рублей! Успей купить первым! 


подробнее»
181528

PrintStore Pro — программа для учета расходных материалов и оборудования. Просчитывает запас каждого картриджа в каждом принтере и помогает сформировать заказ на следующий период. Поддерживает учет перезаправок. Учитывает при всех операциях совместимость принтеров и картриджей. Хранит историю всех действий с картриджами и принтерами, позволяет создавать множество отчетов.


подробнее»
123795

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
139103

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
141754

Retouch Pilot — программа для удаления изъянов с фотографий, таких как царапины, мелкие пятна и другие мелкие дефекты, существующие на фото или полученные при сканировании. Вы можете удалять целые объекты, попавшие случайно в кадр, а также инструментом пластика изменять форму и пропорции. Программа позволяет ретушировать изъяны кожи - пятнышки, морщинки и др..


подробнее»
26516

R-Studio — эффективное программное обеспечение, позволяющее восстанавливать данные с жестких дисков, CD, DVD, дискет, USB дисков, ZIP дисков и устройств флеш-памяти.


подробнее»
88115

Сборка электронных каталогов автозапчастей включает в себя грузовые автомобили Европы и Китая. В сборку включена программа Tecdoc, позволяющая подобрать не оригинальные запчасти.


подробнее»
183206

Sound Pilot озвучивает клавиатуру. Каждое прикосновение к клавиатуре рождает звук, который разнообразит процесс набора текста, развлекает и снижает утомляемость.


подробнее»
78205
Search Results from «Озон» Химия
 
Н. С. Ахметов Общая и неорганическая химия. Учебник
Общая и неорганическая химия. Учебник
В книге рассмотрены основные понятия и законы химии: строение вещества, химическая связь (метод молекулярных орбиталей, метод валентных связей, зонная теория кристаллов), важнейшие положения химической термодинамики и химической кинетики, методы исследования структуры веществ. Химия элементов изложена на основе периодического закона Д.И.Менделеева с привлечением структурных и термодинамических представлений.

Учебник предназначен для студентов, аспирантов и преподавателей химических факультетов университетов, а также химико-технологических вузов....

Цена:
1320 руб

П. П. Кукин, В. В. Юшин, С. Г. Емельянов Теория горения и взрыва
Теория горения и взрыва
В предлагаемом авторским коллективом преподавателей Юго-Западного государственного университета, Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского и Марийского государственного технического университета учебном пособии изложен материал, который используется при чтении курса дисциплин: "Теория горения и взрыва", "Безопасность жизнедеятельности", "Безопасность в чрезвычайных ситуациях" в части развития, прогнозирования и ликвидации последствий техногенных взрывов и пожаров.
Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования третьего поколения.

Данное пособие предназначено для студентов направления "Техносферная безопасность", а также других направлений и специальностей высшего профессионального образования для углубленного изучения и проработки лекционного материала, выполнения практических и лабораторных работ по расчету и прогнозированию опасных поражающих факторов при горении и взрыве....

Цена:
1049 руб

Л. Г. Бондарева, Н. С. Кудряшева Физическая химия. Учебник
Физическая химия. Учебник
В настоящем учебнике освещены классические разделы физической химии, изложены ее основные законы, приводятся примеры их применения как к химическим, так и биохимическим процессам. Значительное внимание уделяется роли равновесий и самопроизвольных процессов в экосистемах, свойствам растворов, каталитическим процессам, включая ферментативные. Для лучшего усвоения материала разобраны решения типовых задач и предложены задания для самоконтроля....

Цена:
559 руб

В. Ф. Травень, А. Ю. Сухоруков, Н. А. Пожарская Задачи по органической химии. Учебное пособие
Задачи по органической химии. Учебное пособие
Данное учебное пособие подготовлено с учетом новых требований, предъявляемых к содержанию учебных изданий двухуровневой системы высшего образования. Задачи систематизированы по разделам в соответствии с главами учебника "Органическая химия" (Травень В.Ф., М.: Лаборатория знаний, 5-е издание, 2016 г.), который входит в комплект "Учебник - Задачник - Практикум". Каждый раздел задачника включает список основных терминов, примеры решения типовых задач, задачи для самостоятельной проработки материала и ответы на наиболее сложные из них. Это делает задачник адаптированным ко всем категориям учащихся, в том числе стремящимся к более глубокому изучению предмета.

Для студентов, аспирантов и преподавателей химических факультетов, университетов и химико-технологических вузов....

Цена:
417 руб

М. И. Кабачник, Т. А. Мастрюкова Межфазный катализ в фосфорорганической химии
Межфазный катализ в фосфорорганической химии
В монографии систематизирован обширный материал по применению межфазного катализа в химии фосфорорганических соединений. Большое внимание уделено историческим аспектам его развития. Органические соединения фосфора представлены как субстраты, генерирующие анионы, способные вступать в многочисленные реакции с электрофилами и выступать в качестве катализаторов межфазных переносов.
Рассмотрены основные реакции в классическом варианте и в условиях межфазного катализа, приведены типовые методики синтеза фосфорорганических соединений. Особое внимание обращено на тонкие нюансы подбора условий реакций.

Книга предназначена для химиков-органиков: научных работников, преподавателей и аспирантов, особенно для тех, кто специализируется в области фосфорорганической химии....

Цена:
569 руб

В. И. Барановский Квантовая механика и квантовая химия
Квантовая механика и квантовая химия
Изложены современные методы расчета электронной структуры и свойств молекулярных систем, их электронных и колебательных спектров, механизмов реакций. Рассмотрены элементы теории процессов, сопровождающих электронное возбуждение молекул (фотохимические процессы, электронные и эмиссионные спектры, безызлучательные переходы), с учетом сложившихся тенденций в экспериментальных исследованиях.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по химическим специальностям. Может быть полезно аспирантам и научным работникам....

Цена:
949 руб

Н. А. Субботина, В. А. Алешин, К. О. Знаменков Демонстрационные опыты по неорганической химии
Демонстрационные опыты по неорганической химии
Представлены подробные рекомендации по подготовке и выполнению опытов, демонстрирующих основные физико-химические закономерности неорганической химии, свойства простых веществ и соединений элементов. Дано описание основных минералов для каждого из изучаемых элементов. Приведены полезные справочные данные, характеризующие физические и химические свойства простых веществ и неорганических соединений разных классов.
Пособие составляет учебно-методический комплект с трехтомным учебником "Неорганическая химия", "Практикумом по неорганической химии" и "Сборником задач по неорганической химии".

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по химическим специальностям. Может быть полезно преподавателям химии учреждений высшего и среднего профессионального образования....

Цена:
1079 руб

Р. Р. Салем Физическая химия. Начала теоретической электрохимии
Физическая химия. Начала теоретической электрохимии
Вниманию читателей предлагается оригинальная теоретическая работа, в которой путем расширения пространства термодинамических переменных на молекулярные системы через заимствование их из статистической физики разработаны новые теоретические основы фундаментальных положений электрохимии: строения двойного электрического слоя (ДЭС), явлений электрокапиллярности, механизма переноса заряда на межфазных поверхностях, кинетики элементарных электрохимических процессов. Получены закономерности, описывающие поверхностное натяжение на любых межфазных границах, зависимости потенциала, заряда поверхности, емкости ДЭС от молекулярных параметров контактирующей с металлом фазы. Теория эмиссии электронов распространена на электродные процессы. Разработана новая термодинамика гальванического элемента. Впервые в мировой практике обращено внимание на поляризационные эффекты контактирующей с металлом фазы. Используя квантовую статистику, удалось показать, что обычно применяемые в электрохимии соотношения Тафеля представляют частный случай общего уравнения электронной эмиссии.

Книга адресована студентам, преподавателям, а также всем, кто интересуется проблемами электрохимии....

Цена:
529 руб

И. М. Колесников, И. А. Семиохин, В. А. Винокуров, С. И. Колесников Сборник задач по термодинамике физико-химических процессов. Учебное пособие. В 2 томах. Том 2
Сборник задач по термодинамике физико-химических процессов. Учебное пособие. В 2 томах. Том 2
Во втором томе учебного пособия представлены решения задач по термодинамике физико-химических процессов, которые приведены в томе первом. Решения задач проведено на основе законов и уравнений, применяемых в физической химии и химической термодинамике,...

Цена:
2112 руб

Д. А. Князев, С. Н. Смарыгин Неорганическая химия. Учебник
Неорганическая химия. Учебник
Учебник состоит из двух частей: "Теоретические основы" и "Химия элементов". В первой части изложены основы общей химии с элементами физико-химических сведений. Во второй части рассмотрены свойства простых веществ и соединений химических элементов по группам периодической системы Д.И.Менделеева, начиная с водорода и щелочных металлов. Материал учебника имеет нетрадиционную структуру, что позволяет создать в сознании студентов необходимую систему химических знаний, ориентированную на их будущую специальность. После каждой главы приведены контрольные вопросы. Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту ВПО третьего поколения.

Для студентов вузов, обучающихся по агрономическим направлениям подготовки бакалавров и магистров и агрономическим направлениям подготовки дипломированных специалистов. Может быть использован студентами других сельскохозяйственных и технологических специальностей....

Цена:
1313 руб



2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования