Противоточная экстракция с флегмой

Во всех рассмотренных выше способах проведения процесса экстракции концентрации распределяемых компонентов, в выходящем из установки экстракте не могли превышать их концентрации, соответствующие равновесию с исходным раствором. С целью увеличения концентрации экстрагируемых компонентов в экстракте, а также уменьшения в нем концентрации частично растворимых инертных компонентов (растворителей) применяют противоточную экстракцию с флегмой. Рассмотрим этот способ на примере многоступенчатой установки, имея в виду, что аналогичным образом его можно проводить и при непрерывной экстракции.

Исходная смесь поступает на промежуточную ступень под номером f (рис.15.19). Экстракт , выходящий из 1-й ступени, поступает в регенератор Р, где из него с помощью перегонки выделяется экстрагент , возвращаемый для повторного использования. Оставшаяся часть экстракта делится на две части одинакового состава: конечный экстракт и флегму , направляемую в 1-ю ступень экстракционной установки. Поскольку флегма содержит большую концентрацию экстрагируемых компонентов и малую концентрацию инертных (растворителей) по сравнению с исходной смесью, то на ступенях с 1-й до (f 1)-й происходит обогащение экстракта первыми и обеднение его вторыми. Растворители переходят в рафинат, увеличивая его выход. В целом применение флегмы увеличивает степень разделения исходной смеси на экстракт , содержащий большую концентрацию экстрагируемых компонентов, и рафинат , с большей долей инертных компонентов.

Рис.15.19. Схема процесса многоступенчатой противоточной экстракции с флегмой

Определение составов и расходов фаз на каждой ступени может производится решением системы уравнений вида (15.25) (15.27). Применение флегмы приводит к увеличению расходов фаз и, соответственно, размеров ступеней, а также к возрастанию расхода экстрагента, но позволяет сократить число ступеней, необходимых для достижения требуемой степени разделения. Выбор оптимального расхода флегмы схож с нахождением оптимального флегмового числа при ректификации и производится на основе минимизации экономических затрат. При этом на расход флегмы накладывается дополнительное ограничение, связанное с существованием двух жидких фаз, то есть возврат флегмы не должен приводить к полной взаимной растворимости компонентов. Применение противоточной экстракции с флегмой оказывается выгодной, как правило, при низких концентрациях распределяемых компонентов в исходной смеси и невысоких их коэффициентах распределения.

Фракционная экстракция

Еще одним способом экстракции, применяемым с целью повышения степени разделения исходной смеси, является фракционная экстракция (экстракция двумя экстрагентами). Экстрагенты должны иметь как можно меньшую растворимость друг в друге и преимущественно растворять различные компоненты исходной смеси. Процесс фракционной экстракции осуществляется в многоступенчатых или непрерывных противоточных установках. Рассмотрим его на примере четырехкомпонентной системы при многоступенчатой экстракции.

Пусть имеется исходная смесь , состоящая из компонентов А и В. Для ее разделения используются два экстрагента: S, преимущественно растворяющий В, и , преимущественно извлекающий А. В случае фракционной экстракции компоненты исходной смеси распределяются между двумя фазами, основу которых составляют соответствующие экстрагенты. Таким образом оба конечных продукта должны называться экстрактами, однако для удобства сохранения всех обозначений один из них, пусть с преимущественным содержанием и А, обычно, называют рафинатом, Исходная смесь поступает на промежуточную ступень под номером f (рис.15.20). На первую ступень подается экстрагент , а на последнюю экстрагент S. Отбор экстракта и рафината осуществляется, соответственно, из 1-й и m-й ступени. Концентрации и расходы фаз на выходе из каждой ступени могут находиться решением системы уравнений, аналогичной (15.25) (15.27).

Рис.15.20. Схема процесса фракционной многоступенчатой противоточной экстракции

Недостатком фракционной экстракции является значительный расход двух экстрагентов, а также необходимость регенерации каждого из них. Этот способ применяется, обычно, при невозможности подобрать один экстрагент с высокой селективностью.

Контрольные вопросы к главе 15

1. Что называется экстракцией? Какие продукты получают в результате экстракции, чем они отличаются от исходной смеси?

2. Какими способами можно разделить продукты экстракции?

3. Что такое экстрагент и какими свойствами он должен обладать?

4. Как можно регенерировать экстрагент?

5. В чем заключаются преимущества и недостатки экстракции по сравнению с другими процессами разделения?

6. В каких случаях целесообразно использовать экстракцию?

7. Перечислите основные стадии процесса экстракции.

8. Что характеризует коэффициентаселективности?

9. Изобразите схему установки для проведения процесса бинарной экстракции.

10. Перечислите способы проведения процесса бинарной экстракции.

11. Изобразите схему процесса одноступенчатой экстракции, запишите уравнения материального баланса и равновесия, получите на основе их решения конечные концентрации распределяемого компонента в экстракте и рафинате.

12. Решите последнюю задачу графическим методом, в каком случае он представляет преимущества по сравнению с аналитическим?

13. Что такое экстракционный фактор и коэффициент извлечения? Какова их взаимосвязь для одноступенчатой экстракции?

14. Как можно повлиять на экстракционный фактор? В чем заключаются преимущества и недостатки его увеличения?

15. Изобразите схему многоступенчатой перекрестной экстракции, как графическим методом определить необходимое число ступеней, в чем заключаются преимущества и недостатки этого способа по сравнению с одноступенчатой экстракцией?

16. Изобразите схему многоступенчатой противоточной экстракции, как графическим методом определить необходимое число ступеней, в чем заключаются преимущества и недостатки этого способа по сравнению с одноступенчатой и перекрестной экстракцией?

17. Как осуществляется непрерывная противоточная экстракция? Изобразите этот процесс на диаграмме.

18. Приведите классификацию экстракторов.

19. Изобразите схематично конструкции экстракторов, опишите принципы их работы, преимущества и недостатки.

20. В чем заключаются особенности многокомпонентной экстракции?

21. Изобразите схему процесса многоступенчатой противоточной экстракции с флегмой, опишите работу такой установки.

22. Изобразите схему процесса фракционной многоступенчатой противоточной экстракции, опишите работу такой установки ее преимущества и недостатки.

Вопросы для обсуждения

1. Имеет ли смысл проведение процесса многоступенчатой прямоточной экстракции?

2. Для чего при проведении процесса экстракции вначале одна из фаз диспергируется в другой, если затем приходится эти фазы отделять?

3. Почему при многокомпонентной экстракции существует не только минимальный, но и максимальный расход экстрагента.