Расчет основных показателей экстракции в системе жидкость - жидкость
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
? триоктиламин (третичный амин).
Кроме экстрагирования по типу анионного обмена, экстракция аминами иногда приводит к внедрению амина во внутреннюю координационную сферу экстрагируемого комплексного аннона с образованием прочных связей металл - азот (что характерно, например, для платиновых металлов). Образующиеся при этом внутрикомплексные соединения очень прочны, в результате чего затруднен процесс обратного перевода металла из органической фазы в водную - реэкстракция.
Еще одним классом анионообменных экстрагентов являются четвертичные аммониевые основания (ЧАО) и их соли (ЧАС). ЧАО являются производными иона аммония (NH4)+:
,
где R - углеводородный радикал.
Наиболее употребительны такие ЧАС, как триалкилбензиламмоний хлорид - сокращенно TAБАХ, триалкилметиламмонийхлорид (CH3R3N)Cl - ТАМАХ, тетраалкиламмонийхлорид (R4N)Cl - ТААХ. R - CnH2n+1, где n = 8 - 10.
ЧАС экстрагируют металлы только по типу реакции анионного обмена:
,
где z - заряд металлсодержащего аниона МеХ;
m - заряд аниона ЧАС;
Y - анион ЧАС.
ЧАС способны экстрагировать металлсодержащие соли не только из кислых, но и из щелочных растворов.
Соли аминов и ЧАС в ряде случаев имеют ограниченную растворимость в обычно используемых разбавителях (керосин, углеводороды). Для улучшения растворимости к органической фазе добавляют органические спирты (например, дециловый), однако большие (свыше 10%) концентрации спирта обычно ухудшают экстракцию из-за взаимодействия с экстрагентом.
Основные способы проведения экстракции
Используются в основном следующие способы проведения экстракции: однократная экстракция, многократная экстракция с перекрестным и противоточным движением растворителя, непрерывная противоточная экстракция. Наибольшее распространение в промышленности получила экстракция одним растворителем, хотя находит применение и экстракция двумя экстрагентами.
Однократная (одноступенчатая) экстракция. Этот способ проведения экстракции заключается в том, что исходный раствор F и экстрагент S перемешивают в смесителе, после чего в отстойнике разделяют на два слоя: экстракт Е и рафинат R. Обычно считают, что в смесителе вследствие интенсивного перемешивания и достаточного времени контакта устанавливается фазовое равновесие, т. е. однократная экстракция позволяет достигнуть эффективности, соответствующей теоретической ступени изменения концентрации. Степень извлечения при таком методе проведения экстракции можно повысить, увеличивая подачу экстрагента в аппарат, но это приведет к снижению концентрации экстракта и удорожанию процесса.
Процесс можно осуществлять как периодически, так и непрерывно. При периодической организации процесса стадию разделения экстракта и рафината можно проводить в смесителе. В этом случае отпадает необходимость в отстойнике.
Многократная экстракция с перекрестным током растворителя. При проведении экстракции по этому способу (рис. 2) исходный раствор F и соответствующие рафинаты обрабатывают порцией свежего экстрагента S1, S2 и т.д. на каждой ступени экстракции, состоящей из смесителя и отстойника (на рис. 2 отстойники не показаны), причем рафинаты направляют последовательно в следующие ступени, а экстракты Е1, Е2 каждой ступени выводят из системы. При таком способе экстрагирования исходный раствор F поступает в первую ступень, а конечный рафинат Rn отбирают из последней, n-й ступени.
Рис. 2. Схема многократной экстракции с перекрестным током растворителя (1, 2,3, тАж , n - ступени).
По этому способу можно практически полностью извлечь из исходного раствора распределяемый компонент и получить чистый рафинат. Однако при этом неизбежны потери растворителя, содержащегося в исходном растворе, так как в каждой ступени происходит частичное удаление этого растворителя с экстрактом.
Многократная экстракция с противоточным движением растворителя. Этот способ проведения экстрагирования характеризуется многократным контактированием в ступенях 1, 2 и т.д. при противоточном движении потоков рафината R и экстракта E (рис. 3) при условии подачи исходного раствора F и экстрагента S с противоположных концов установки. Поскольку способ проведения экстракции при противоточном движении растворителя позволяет обеспечить получение продуктов заданного качества при достаточно высокой производительности установки, этот способ экстрагирования находит достаточно широкое применение в промышленности.
Рис. 3. Схема многократной экстракции с противоточным движением растворителя (1,2, тАж , n-1. n - ступени).
Непрерывная противоточная экстракция. Такой способ экстрагирования осуществляют в аппаратах колонного типа (например, насадочных). Более тяжелый раствор (например, исходный) непрерывно подают в верхнюю часть колонны (рис. 4), откуда он стекает вниз.
Рис. 4. Схема непрерывной противоточной экстракции.
В нижнюю часть колонны поступает легкая жидкость (в нашем случае растворитель), которая поднимается вверх по колонне. В результате контакта этих растворов происходит перенос распределяемого вещества из исходного раствора в экстрагент. Этот способ экстракции часто применяется в промышленности.
Противоточная экстракция с флегмой. При необходимости более полного разделения исходного раствора экстрагирование можно проводить с флегмой по аналогии с процессом ректификации (рис. 5). В этом случае исходную сме