Экстрагирование в системе «жидкость-жидкость»

Экстракция в системах «жидкость--жидкость» - диффузионный процесс, который протекающий при участии двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество. Этот метод известен с середины XIX в.. И получил широкое распространение через 100 лет -- в 50-60-е гг. XX в.. В течение нескольких десятилетий он был одним из самых важных аналитических методов разделения и концентрирования органических соединений и микроэлементов.

Жидкостная экстракция состоит из двух технологических операций:

1) контактирование исходной смеси с растворителем, в ходе которого осуществляется массообменный процесс, переход компонента через границу раздела из одной фазы в другую;

2) отделение полученного раствора от оставшейся жидкой смеси.

При жидкостной экстракции происходит неполная взаимная растворимость исходной смеси и растворителя - в противном случае вторая операция неосуществима. Контактирование фаз проводится путём распределения (дробления) одной фазы в виде капель в объёме другой.

В результате взаимодействия жидких фаз получают экстракт - раствор извлеченных веществ в экстрагенте и рафинад -- остаточный исходный раствор, из которого удалены экстрагируемые компоненты.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Полученные жидкие фазы (экстракт и рафинад) отделяются друг от друга отстаиванием, центрифугированием или другими механическими способами. После этого происходит извлечение целевых продуктов из экстракта и регенерация экстрагента из рафинада. Целевой продукт выделяют из экстракта ректификацией, упариванием, или реэкстракцией.

Главное преимущество процесса экстракции в системе «жидкость--жидкость» по сравнению с другими процессами разделения жидких смесей - низкая рабочая температура процесса. Процесс часто проводится при нормальной температуре. Отпадает необходимость в затратах тепла на испарение раствора. При экстракции из многочисленных растворителей можно подобрать высокоизбирательный экстрагент, отличающийся по химическим свойствам от компонента исходной смеси. При этом достигается более полное разделение, чем с помощью других массообменных процессов.

В промышленности используют методы жидкостной экстракции (как правило, при использовании одного экстрагента):

- одноступенчатая (однократная);

- многоступенчатая с перекрёстныем током;

- непрерывная противоточная;

- ступенчатая противоточая;

- противоточная с флегмой.

Одноступенчатая экстракция применяется тогда, когда высок коэффициент разделения. Она заключается в перемешивании исходного раствора и растворителя, а после установления равновесия фаз - в разделении смеси на экстракт и рафинат. Для разделения эмульсий используют отстойники, для трудноразделимых эмульсий - сепараторы.

Многоступенчатая экстракция проводится в многосекционных экстракторах или экстракционных установках. Она может проводиться с противотоком экстрагента или комбинированным способом при наличии нескольких экстрагентов. Многоступенчатая противоточная экстракция более эффективна, чем экстракция в перекрестном токе. При противоточной экстракции достигается более высокая средняя движущая сила процесса и происходит более полное извлечение компонента из раствора.

Одним из типов оборудования для экстракции в системе «жидкость--жидкость», являются смесительно-отстойные экстракторы ящичного типа (рис. 1)

Рис. 1. Ящичный экстрактор.

Это однокорпусный аппарат, разделенный внутренними перегородками на секции 1. Каждая секция разделена на две камеры -- смесительную 2 и расслаивания 3, В первой контактирующие фазы интенсивно перемешиваются, причем одновременно смесительные устройства 4 перекачивают тяжелую воду в камеру 2 из камеры 3. Движение легкой фазы по секциям аппарата осуществляется самотеком. Контактирование фаз осуществляется в смесительных камерах за счет внешнего подвода энергии, а разделение -- в отстойных камерах вследствие гравитации.

Достоинство таких аппаратов: проводимые в смесителях- отстойниках экстракционные процессы могут быть прерваны без снижения эффективности экстракции и возобновлены. Поэтому данный тип наиболее удобным при переработке небольших количеств растворов, что имеет место в малотоннажных производствах химико-фармацевтической промышленности или при работе с вязкими растворителями.

В фармацевтическом производстве жидкостным методом выделяют БАВ (биологически активные вещества) из ферментных растворов, биожидкостей, культуральных сред при производстве антибиотиков, производят очистку новогаленовых препаратов.

Экстрагирование в системе «твёрдое тело-жидкость»

Движущей силой процесса экстракции в системе «твёрдое тело-жидкость» является разница концентраций экстрагируемого вещества в жидкости, заполняющей поры твёрдого тела, и в основной массе экстрагента, находящегося в контакте с поверхностью твёрдых частиц. Механиз экстрагирования состоит из следующих стадий:

- проникновение растворителя в поры частиц твёрдого материала;

- растворение целевого компонента;

- перенос экстрагируемого вещества из внутренних структур частиц материала к поверхности раздела фаз с образованием диффузионного пограничного слоя (плёнки);

- перенос экстрагируемого вещества через пограничный диффузионный слой (плёнку).

- перенос экстрагируемого вещества от наружной поверхности диффузионного пограничного слоя в объём омывающего материала.

При экстрагировании в системе «твёрдое тело - жидкость» процесс может лимитироваться следующими стадиями:

внешнедиффузионной. Скорость процесса определяется скоростью диффузии в объёме при условии, что концентрация растворителя в порах и на поверхности твёрдого материала меньше, чем концентрация его в объёме;

внутридиффузионной. Скорость процесса определяется скоростью диффузии в порах вещества;

внутренней кинетической. При условии, что пористый материал обладает низкой химической активностью, а концентрация растворителя в порах равна концентрации вобъёме;

внешней кинетической. Реагент имеет относительно высокую химическую активность. Поэтому реакция протекает на поверхности пористого материала при условии, что скорость реакции лимитирует скорость всего процесса (при малой пористости вещества).

В фармацевтической промышленности из твёрдых тел извлекают БАВ ил лекарственного растительного сырья (ЛРС) при получении фотохимических лекарственных препаратов (ЛП); извлекают БАВ из органов и тканей животных и клеток микроорганизмов.