ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Жидкостная экстракция в аналитической химии из "Жидкостная экстракция" Разрабатывая новые промышленные экстракционные процессы, не всегда можно полагаться на равновесные данные, полученные при применении тщательно очищенных веществ, так как влияние небольших количеств примесей, обычно присутствующих в технических продуктах, часто нельзя предвидеть. Смесь, предназначенная для разделения, во многих случаях не является раствором двух или трех химически чистых компонентов, а содержит по крайней мере небольшие количества веществ, поведение которых при экстракции не всегда можно предусмотреть. Более того, о наличии следов некоторых веществ в растворе иногда можно судить, лишь сконцентрировав их в одной из фаз путем многоступенчатой экстракции. Разделяемая смесь может иметь настолько сложный состав, что попытка получить детальные равновесные данные, особенно если компоненты смеси влияют на распределение друг друга, оказалась бы безуспешной или слишком дорогостоящей. Методы расчета, описанные в предыдуишх главах, к таким системам не применимы. Иногда, при очень малых концентрациях, кривая равновесного распределения может принимать неожиданную, неблагоприятную для экстракции, форму. Это приобретает важное значение, если необходимо довести остаточную концентрацию распределяемого вещества в рафинате до нескольких миллионных долей. [c.405] На практике применяют оба метода. Однако, учитывая, что при исследовании по второму методу число ступеней неизменно, а также ввиду затруднительности непрерывной подачи малых количеств жидкостей чаще используют первый метод. [c.406] Имитация непрерывного процесса. Имитацию непрерывной экстракции осуществляют с помощью ряда следующих друг за другом по определенной схеме операций периодической экстракции, выполняемых чаще всего в обычных делительных воронках. Ряд схем имитации процессов непрерывной экстракции был предложен много лет назад Янтзеном . [c.406] При использовании различных схем имитации непрерывной экстракции предполагается, что каждая операция периодической экстракции эквивалентна одной идеальной (теоретической) ступени, поэтому жидкости должны быть достаточно хорошо перемешаны. Для смещения можно применять лабораторные трясучки , однако и при простом встряхивании руками равновесие достигается очень быстро. Было показано например, что 50 переворачиваний пробирки с экстрагируемой смесью в течение 1,5 мин при невысокой вязкости жидкостей достаточно для достижения равновесия между фазами. Равновесие достигается быстрее, если энергично перемешиваемой смеси давать возможность несколько раз отстаиваться. Это обусловливается перемешиванием при коалесценции капель. В некоторых системах чересчур энергичное перемешивание может привести к установлению ложного равновесия вследствие адсорбции распределяемого вещества на поверхности раздела фаз . Иногда, например при разделении металлов, может протекать медленная химическая реакция между экстрагентом и распределяемым веществом. В таких системах нужно предварительно исследовать скорость приближения к равновесию. [c.406] При лабораторной имитации противоточного процесса необходимо очень тщательно переносить жидкости из одной делительной воронки в другую. Чтобы потери жидкостей не были слишком заметными по отношению к их объемам, нельзя проводить процесс с очень малыми количествами жидкостей. При высокой вязкости жидкостей количества их для лабораторного исследования следует брать большими. Отстаивание эмульсий должно быть полным. После отбора из делительной воронки какой-либо фазы необходимо дать жидкостям постоять некоторое время и отделить после этого вновь отстоявшееся дополнительное количество жидкости. [c.406] Противоточная экстракция. На рис. 201 показана схема повторяющихся операций периодической экстракции, которой необходимо следовать для имитации процесса непрерывной противоточной экстракции, требующего пяти теоретических ступеней разделения (см. нижнюю часть рисунка) в Каждый кружок на рисунке обозначает отдельную операцию экстракции в делительной воронке. В операции а определенное количество исходного раствора Р экстрагируется селективным растворителем (экстрагентом) 5 экстракт Ра выбрасывается, а рафинат Ра экстрагируется свежим экстрагентом в воронке Ь. После этого экстракт подается в воронку /, где взаимодействует с исходным раствором Р, а рафинат экстрагируется в воронке с и т. д. Экстракты движутся справа налево, рафинаты — в обратном направлении. Соотношение Р и 8 должно быть равно соответствующему соотношению в противоточном прои,ессе (см. рисунок), а количества Р и 3 не должны изменяться в продолжении всего исследования. [c.407] Несмотря на то что описанный метод исследования экстракции применяют, когда характер равновесия и другие важные для экстракции свойства системы не достаточно выяснены, результаты такого исследования можно интерпретировать (по крайней мере в относительно простых случаях), как обычно, с помощью коэффициентов распределения, величин фактора экстракции и т. п. [c.409] Верхний ряд операций на рис. 201 (от а до е) представляет собой пять ступеней экстракции в перекрестном токё (исходная смесь пять раз экстрагируется одинаковым количеством экстрагента). Соответственно после указанных операций концентрация растворенного вещества в рафинате Не будет значительно меньше концентрации конечного рафината, получаемого в имитируемом непрерывном процессе. С увеличением числа операций конечная концентрация в рафинате будет возрастать, все более приближаясь к соответствующей величине для непрерывной противоточной экстракции. Соответственно экстракт Еа получается в результате экстракции чистым экстрагентом, а не экстрагентом, использовавшимся в четырех предыдущих ступенях его состав также не отвечает составу конечного экстракта в противоточном процессе. Так как в первых операциях рассмотренной выше схемы распределяемый компонент экстрагируется более интенсивно, общее его количество, находящееся в процессе, постепенно увеличивается и концентрации на последующих ступенях возрастают. [c.409] На рис. 201 показаны количества экстрагируемого компонента в соответствующих растворах, выраженные через р и д. При этом количество экстрагируемого компонента в исходном растворе принято равным единице. Примем далее, что число циклов / равно числу выводимых (отбрасываемых) из процесса рафинатов. Например, при t=2 из процесса выводятся два рафината и четыре экстракта (четвертый — после операции g). Число выводимых экстрактов больше соответствующего числа рафинатов на величину, зависящую от общего числа ступеней в имитируемом процессе. [c.410] Те же зависимости показаны на рис. 203 в виде, удобном для интерполяции по величине е. Процессы экстракции часто осуществляются при величине фактора экстракции, близкой к единице именно при таких значениях е скорость приближения к стационарному состоянию является наименьшей. [c.411] При таких исходных концентрациях, для того чтобы получить стационарные составы экстрактов и степень приближения рафинатов к стационарному состоянию, равную 90%, достаточно проводить число циклов, лишь несколько превышающее число ступеней в имитируемом процессе. [c.412] В тех случаях, когда взаимная растворимость экстрагента и растворителя исходного раствора или коэффициенты распределения изменяются в процессе экстракции, уравнения (IX, 0) и (IX, 11) могут давать только грубо приближенные результаты. [c.413] Количество экстрагента в операции а также должно быть больше 5 5а = /5. [c.413] Таким образом можно имитировать противоточную экстракцию с флегмой. При этой схеме имитации процесса противоточной экстракции в операциях первых циклов может вообще не получаться рафинатного слоя . В данном случае процесс имитации осуществляют строго по схеме, не отделяя рафинат при проведении операций до тех пор, пока не образуются нормальные количества жидкостей. Число циклов, достаточное для достижения стационарного состояния, определяется измерением какого-либо свойства экстракта или рафината, как и при имитации обычной противоточной экстракции. [c.414] Схема процесса значительно упрощается, если получать флегму в результате понижения температуры экстракта или с помощью антиэкстрагента (см. главу VI). [c.415] Количества компонентов в фазах выражены в долях от их содержания в исходном растворе. Значения величин р и те же, что и на рис. 201, а и q , представляют собой доли разделяемых компонентов, находящихся в экстрагентах А и D, для соответствующих циклов процесса. Счет циклов для каждой фазы в данном случае отвечает числу получаемых (выводимых из процесса) конечных продуктов. Так как процесс экстракции с двумя растворителями, показанный на рис. 205, несимметричен (питание подается не в среднюю ступень), числа циклов для каждой фазы не совпадают друг с другом. Фактор экстракции принят равным AmID, где m равно отношению равновесной концентрации распределяемого вещества в фазе экстрагента А к его равновесной концентрации в экстрагенте D. [c.416] Пример IX-1. Рассчитать коэффициент при члене рдУ в выражении для Ре ((=8) при лабораторной экстракции по схеме, изображенной на рис. 205. [c.417] Решение. Для данного случая t = 8 п = 3 п = 3 и n + n+ =7. [c.417] При имитации асимметричного процесса фракционной экстракции приближение фаз к стационарному состоянию происходит с разной скоростью (см. рис. 205). Кроме того, отдельные компоненты в каждом экстрагенте в разной степени приближаются к стационарному состоянию в зависимости от соответствующих им значений фактора экстракции е скорость достижения стационарного состояния тем меньше, чем ближе величина е к единице. [c.417] При имитации фракционной экстракции с центральной подачей питания обе фазы приближаются к стационарному состоянию в одинаковой степени для данного компонента, но в разной степени по отношению к компонентам с различными факторами экстракции (кроме процессов с симметричным разделением). Точное число циклов, необходимое для достижения степени приближения к стационарному состоянию, равной 90%, можно определить из графика, приведенного на рис. 206 Уравнение (IX, 20) совпадает с зависимостями, изображенными на рисунке, с точностью до долей цикла. [c.418] Вернуться к основной статье