Основные теоретические сведения. Под экстракцией в системе твёрдое, тело – жидкость понимают извлечение из твердофазной композиции одного или нескольких её компонентов жидким

Под экстракцией в системе твёрдое, тело – жидкость понимают извлечение из твердофазной композиции одного или нескольких её компонентов жидким растворителем–экстрагентом.

В этом процессе одновременно происходит заполнение порового пространства частиц твердой фазы экстрагентом, растворение целевого вещества в поглощённом экстрагенте, диффузионное перемещение этого вещества в объёме поглощённого экстрагента к поверхности твердой фазы и его конвективный перенос в свободный объем растворителя. Движущей силою процесса переноса целевого вещества из глубины твёрдой частицы в свободный экстрагент является разница между текущей концентрацией этого вещества в объёме твердой фазы и равновесной его концентрацией в свободном экстрагенте, омывающем внешнюю поверхность твёрдого тела. Схема расположения компонентов экстракционной системы и направление процесса массопереноса приведены на рисунке 3.20.

Отличительная черта процессов твердофазной экстракции состоит в том что турбулентные пульсации, т.е. перемешивание в экстрагенте омывающем поверхность твердого тела, не проникают в глубь порового пространства этого тела. Эти пульсации ускоряют переход вещества от внешней поверхности твёрдого тела в объём свободного экстрагента, но не влияют на скорость процесса внутри частицы. Поэтому лимитирующей стадией процесса является диффузионный массоперенос внутри твёрдого тела от области расположения целевого вещества к внешней поверхности тела. Поэтому же большинство процессов экстракции с участием твёрдой фазы в промышленных условиях протекают с малой скоростью, что приводит к увеличению рабочих объемов аппаратов.

Примерами наиболее распространённых вариантов такого процесса являются экстрагирование сахара водой из сахарной свеклы, экстрагирование растительного масла из семян подсолнечника, хлопка или сои бензином. Получение розового масла начинается с экстракционной переработки лепестков розы. Производство многих лекарственных препаратов включает в себя экстракционную переработку лекарственных растений или лекарственного сырья с применением различных экстрагентов, в том числе и сжиженных газов. В так называемой большой химии твердофазная экстракция применяется, например, при извлечении редкоземельных металлов или серы из соответствующих руд.

Эти немногочисленные примеры указывают на широкое применение твердофазной экстракции в различных отраслях промышленности, на большое разнообразие свойств контактирующих фаз и, как следствие, на большое разнообразие конструкций аппаратов.

В каждом конкретном производстве конструкция аппарата должна учитывать средний размер частиц или элементов твёрдой фазы, механическую прочность этих частиц, склонность к уплотнению, характер расположения извлекаемого вещества во внутренней структуре твёрдой фазы и прочность их связей, соотношение количеств твёрдой и жидкой фаз и их плотностей и другие характеристики экстракционной системы.

Целью лабораторной работы является изучение механизма твердофазной экстракции, приобретение навыков составления и решения уравнений материальных балансов, измерения и расчёта движущей силы процесса и других его кинетических характеристик.