Процесс экстракции Процессом экстрагирования (экстракции) называется избирательное извлечение из смеси твердых или жидких веществ отдельных компонентов с помощью растворителя, обладающего избирательной растворимостью. Под избирательной растворимостью понимается способность жидкости растворять только тот компонент (компоненты), который надо извлечь. При этом имеет место взаимодействие жидких и твердых фаз или одних только жидкостей. Различают экстракцию твердых тел и экстракцию жидкостей. В пищевой промышленности имеют место оба эти вида экстракции, однако особенно широкое распространение получила экстракция в системе твердое тело-жидкость.
Методы экстракции Все существующие способы экстрагирования классифицируют на: статические и динамические. В статических способах сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. В динамических – предусматривается постоянная смена либо экстрагента, либо экстрагента и сырья. Среди статических и динамических способов экстрагирования выделяют периодические – когда экстрагирование одной или нескольких порций сырья проводится в течение определенного времени, т. е. подача сырья (экстрагента и/или растительного материала) в экстракционные аппараты осуществляется периодически.
К статическим периодическим способам относятся одноступенчатые – мацерация - и многоступенчатые – ремацерация, циркуляция с периодическим сливом (это многоступенчатые прямоточные), а также многоступенчатые противоточные – реперколяция с периодическим сливом по Чулкову. К динамическим периодическим способам – одноступенчатые – перколяция и многоступенчатые – реперколяция с законченным и незаконченным циклами. Среди динамических способов особо выделяют непрерывные (с непрерывной подачей сырья) – прямоточные (экстрагент и материал в одном потоке) и противоточные (активное движение навстречу экстрагента и растительного к материала).
Сущность метода мацерации: Измельченное сырье с предписанным количеством экстрагента загружают в мацерационный бак и настаивают при температуре 15 -20°С, периодически перемешивая. Если специально не оговорены сроки, то настаивание проводят в течение 7 суток. После настаивания вытяжку сливают, остаток отжимают, отжатую вытяжку промывают небольшим количеством экстрагента, снова отжимают, отжатую вытяжку добавляют к слитой первоначально, после чего объединенную вытяжку доводят экстрагентом до требуемого объема.
Ремацерация или дробная мацерация с делением на части экстрагента или сырья и экстрагента. При этом общее количество экстрагента делят на 34 части и последовательно настаивают сырье с первой частью экстрагента, затем со второй, третьей и четвертой, каждый раз сливая вытяжку. Время на-стаивания зависит от свойств растительного материала. Такое проведение процесса экстрагирования позволяет при меньших затратах времени полнее истощить сырье, так как постоянно поддерживает-ся высокая разность концентраций в сырье и экстрагенте.
Перколяция (от лат. рercolatio – “процеживание через…”), т. е. процеживание экстрагента через растительный материал с целью извлечения растворимых в экстрагенте веществ. Процесс проводится в емкостях различной конструкции, называемых перколяторами-экстракторами. Перколяторы-экстракторы Метод перколяции включает три последовательно протекающие стадии: намачивание сырья (набухание сырья), настаивание, собственно перколяция.
Для выделения из производственных сточных вод растворенных в них веществ, например фенолов и жирных кислот, можно использовать способность этих веществ растворяться в какой-либо иной жидкости, не растворимой в очищаемой воде. Если такую жидкость прибавлять к очищаемой сточной воде и перемешивать, то эти вещества будут растворяться в прибавленной жидкости, а концентрация их в сточной воде будет уменьшаться. Этот физико-химический процесс основан на том, что при тщательном перемешивании двух взаимно нерастворимых жидкостей всякое вещество, находящееся в растворе, распределяется между ними в соответствии со своей растворимостью согласно закону распределения. Если же после этого прибавленную жидкость выделить из сточных вод, то последние оказываются частично очищенными от растворенных веществ. Этот способ удаления растворенных веществ из сточных вод называют жидкостной экстракцией; удаляемые при этом растворенные вещества — экстрагируемыми веществами, а добавляемую, не смешивающуюся со сточными водами жидкость — экстрагентом. В качестве экстрагентов применяются бутилацетат, изо- бутилацетат, диизопропиловый эфир, бензол и др.
Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух не смешивающихся (или слабо смешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения (или экстракции): K = Cэ/Cст ≈ const , где Cэ, Cсm, — концентрация экстрагируемого вещества в эктстрагенте и сточной воде соответственно при установившемся равновесии. Коэффициент распределения зависит от температуры, при которой проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и экстрагенте.
Данные о величине К для некоторых веществ (при тем пературе 25° С) Извлекаемое из воды вещество Экстрагент К Муравьиный альдегид Амиловый спирт 3, 09 Хлоруксусная кислота То же Изоамиловый спирт 3, 59 7, 28— 1, 59 Бензойная кислота Диэтиловый эфир Бутилацетат Хлороформ 70, 9— 90, 9 30 9, 44— 13, 5 Салициловая кислота Бензол Хлороформ Ацетат 1, 69— 4, 5 2, 85— 4, 26 126 Фенол Бутилацетат Амиловый спирт Бензол Хлороформ 51 16— 14, 1 2, 3— 12, 5 3, 35— 12, 5 Хинон Диэтиловый спирт 3, 06 3, 22 Анилин Бутилацетат 27, 2
Для успешного протекания процесса экстракции экстрагент должен иметь следующие свойства: - хорошую экстрагирующую способность по отношению к экстрагируемому веществу, т. е. высокий коэффициент распределения; - селективность – способность экстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу; - малую растворимость в воде; - плотность, отличающуюся от плотности воды; - температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества; - небольшую удельную теплоту испарения и малую теплоемкость, что позволяет снизить расходы пара и охлаждающей воды; - возможно меньшую огне- и взрывобезопасность; - низкую токсичность. - Экстрагент не должен подвергаться заметному гидролизу и взаимодействовать с экстрагируемым веществом, материалом трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры экстракционной установки.
При однократной экстракции нельзя полностью удалить из сточных вод экстрагируемое вещество; это может быть достигнуто лишь в ре зультате повторной экстракции одной и той же порции воды новыми порциями экстрагента, что и применяют на практике. Этот способ недо статочно экономичен, так как требует большого количества экстраген та. Так, например, чтобы уменьшить концентрацию фенолов в очищен ных сточных водах с 6 до 0, 1 г/л, нужно произвести несколько экстрак ций и для очистки 1 л сточной воды затратить такого экстрагента, как бензол, 2, 2 л. Более экономично проводить экстракцию, направляя поток экстра гента навстречу потоку сточных вод (противоточная экстракция). В этом случае для снижения концентрации фенолов с 6 до 0, 1 г/л не обходимо всего 0, 5 л того же экстрагента (бензола) на 1 л сточной во ды. Уменьшение расхода экстрагента при противоточной экстракции обусловливается большим насыщением бензола фенолом, достигаю щим 10— 15 г/л. Экстракция по такому принципу проводится в экст ракционных колоннах или в каскаде экстракторов (рис. 5. 38). Для лучшего смешивания очищаемых вод с экстрагентами внутри экстракторов устраивают перегородки или устанавливают мешалки. Если экстрагент имеет меньшую плотность, чем сточная вода, то ее подают сверху, а экстрагент — снизу. В противном случае подачу сточ ных вод осуществляют снизу, а экстрагента — сверху. Схема непрерывной экстракции 1 — чистый экстрагент; 2 — Сточная вода; 3 — экстрагент, насыщенный загрязнениями; 4 — очищенная вода
Скачать презентацию Процесс экстракции Процессом экстрагирования экстракции называется избирательное извлечение
Карапузова - Экстракция.pptx