Folyadék extrakció
Folyadék extrakció
A folyadék-folyadék rendszerekben történő extrahálás olyan elkülönítési eljárás, amely egy vagy több oldott anyag egy folyadékból való eltávolítására alapozik egy másik folyadékkal, amely gyakorlatilag nem keveredik az elsővel.
A folyamat széles körben alkalmazható a kémiai, olajfinomító, petrolkémiai és egyéb iparágakban. Hatékonyan használják a szerves és petrolkémiai szintézis, a ritka és diszpergált elemek extrakciója és szétválasztása, a szennyvíz tisztítása során.
Az extrahálás egy tömegátviteli eljárás, amely két kölcsönösen oldhatatlan vagy korlátozott oldható folyadékfázist tartalmaz, amelyek között az extrahálható anyag (vagy több anyag) eloszlik. Így például a szennyvíz tisztításakor extrahálással butil-acetáttal történő extrakcióval előnyösen mono- és polihidroxi-fenolokat alakítunk át.
A folyamat sebességének növelése érdekében a kezdeti oldatot és az extrahálószert szoros érintkezésbe hozza. A fázisok kölcsönhatásának eredményeképpen kivonatot nyerünk - extrahálószer és kivonat extrahált anyagának oldatát - egy maradék törzsoldatot, amelyből az extrahálható komponenseket bizonyos mértékig eltávolítottuk. A kapott folyékony fázisokat (extraktumot és raffinátumot) szétválasztással, centrifugálással vagy más mechanikus eszközökkel elválasztják egymástól. Ezután elvégzik a céltermékek extrakcióját a kivonatból és a kivonó anyag regenerálásából a raffinátból.
A megfelelő komponenseket extraháljuk az extraktumból és a raffinátumból, vagy kijavítással vagy újraextrahálással. Ez azért van így, hogy elkerülje a kivonás elvesztését, amelyet feloldott vagy a raffinátum visszaküldött, az újrahasznosításhoz az extrahálószer szükséges. Az extrakció és a helyesbítés folyamata a folyékony homogén keverékek elválasztásának fő módszere.
Legyen L egy oldószerben oldatot megosztjuk, és a az anyag koncentrációja mólos (kiindulási elegy) elhanyagolható. A második oldószer lehet a G (extrahálószer), amit extrahálunk méretezni anyag M törzsoldatból, és egy tömény oldatot kiadagolt anyag egy oldószerben G + M (kivonat), és tisztíthatjuk oldószer kiadagolt anyag L (raffinátum).
Mivel a kijavításhoz szükséges hőfogyasztás élesen csökken a kiindulási anyag koncentrációjának növekedésével a szétválasztott keverékben, az előzetes extrakció lehetővé teszi a kezdeti keverék elválasztásának hőfogyasztásának jelentős csökkentését. A kivonási és kiegyenlítési eljárások kombinációjának vázlatos rajza az 1. ábrán látható. 4.47.
Ábra. 4.47. A kombinált extrakciós és kiegyenlítési folyamatok vázlatos diagramja
Az extrahálószer regenerálására a helyesbítés helyett a gőzzel végzett egyszerű desztilláció, párolgás, másodlagos extrakció (reextrakció), és ritkábban kristályosítás és kémiai tisztítás is alkalmazható.
A kivonóanyag fő tulajdonsága a szelektivitás. amely jellemzi annak a képességét, hogy elsődlegesen a megoldás két, három vagy több összetevőjét kihúzza. Legelőnyösebb az, amely feloldja a legnagyobb mennyiségű egy komponenst és a több legkevesebb összeget a többkomponensű oldatból. A nagy szelektivitás csökkenti az extrahálószer fogyasztását, így gazdaságosabbá teszi a folyamatot.
A nagy szelektivitás mellett az extrahálószernek szintén jelentős kapacitással kell rendelkeznie az extrahálható komponens tekintetében. Ha ez a követelmény nem teljesül, a keringő extrahálószer mennyisége nő és a folyamat-gazdaságosság csökken.
Az extrahálók három csoportját használják:
1) szerves savak vagy sóik. Ezek közé tartoznak a következők: fenolok, nafténsavak, szulfonsavak és hasonlók. A fémkationokat a szerves fázisból a vizes fázisból kivonják. Például az extrahálással végzett szennyvízkezelést butil-acetáttal végezzük, amelybe előnyösen az egyértékű és többértékű fenolokat továbbítjuk;
2) szerves bázisok sói. ezek közé tartoznak az elsődleges, szekunder és tercier aminok sói és hasonlók. A fémionok vizes oldatokból való kivonására szolgál;
3) semleges oldószerek (víz, alkoholok, aldehidek, ketonok stb.).
Az illékony anyagok kivonásakor az extrakció a helyesbítéssel versenyez, különösen akkor, ha a keveréket szétválasztják, ami szorosan forrásban lévő komponensekből vagy azeotróp keverékekből áll.
Az extrakció elengedhetetlen az emelkedett hőmérsékletre érzékeny anyagok keverékének, például antibiotikumok szétválasztásában, amelyek kijavítással vagy bepárlással elválaszthatók.
Az extrahálás nagyon ígéretes a szervetlen anyagok keverékének szétválasztására, amikor más elválasztási módszerek nem alkalmazhatók. A folyadékkivonás folyamatait sikeresen alkalmazzák nukleáris üzemanyag feldolgozásához, cirkónium, hafnium és sok ritka fém előállításához. Az extrahálással nagy tisztaságú nemvas és nemesfémeket lehet előállítani.