Экстракция-кристаллизация

Сопряжение процессов экстракции в системе жидкость-жидкость и кристаллизации используется для полного разделения эвтектикообразующих смесей, а также смесей, образующих при кристаллизации различные химические соединения или имеющих коэффициенты распределения компонентов, близкие к единице. Сущность процесса состоит в добавлении на определенной стадии к разделяемой системе жидкого вспомогательного компонента (экстрагента), изменяющего равновесное состояние смеси.

Этот процесс можно проводить двумя основными способами. В первом случае к разделяемой смеси добавляют компонент, образующий с исходной системой гомогенный раствор. Во втором способе добавление вспомогательного компонента приводит к возникновению гетерогенной системы. Рассмотрим второй случай как наиболее типичный для жидкостной экстракции.

Вариант разделения бинарной эвтектикообразующей смеси с образованием жидкой гетерогенной системы показан на рис.6. Организация процесса таким образом используется для перехода через эвтектическую точку.

Исходная смесь F состава x_Fпервоначально поступает на стадию кристаллизации К_РА, в результате чего получают кристаллическую фазу К_А(практически чистый продукт А) и маточный раствор М_А. Последний подают на стадию экстракции Э, где в него добавляют экстрагент С. После экстракции получают экстракт Е и рафинат R, которые направляют на стадии перегонки Р₁ и Р₂ соответственно с целью удаления (регенерации) экстрагента. Отогнанные фракции экстрагента С₁ и С₂ возвращают на стадию экстракции Э. Кубовый остаток L₁ (смесь компонентов А и В) со стадии отделения экстрагента Р₁ подают на операцию кристаллизации К_РА, а кубовый остаток L₂ (смесь компонентов Аи В, обогащенная В) направляют на стадию кристаллизации К_РВ. При кристаллизации К_РВ получают практически чистый компонент В (кристаллическая фаза) и маточный раствор М_В, который вместе с М_А поступает на стадию экстракции.

В результате сопряжения процессов экстракции и кристаллизации исходная смесь разделяется на практически чистые компоненты А и B, чего нельзя достичь использованием каждого процесса в отдельности.

Таким образом, реализация сопряженных процессов на практике позволяет решить проблемы, связанные с термодинамическими ограничениями и часто с экономией энергии. Однако некоторые задачи можно решать еще более эффективно – направленным совмещением (гибридизацией) процессов.

а

б

t F t_А

t_B M_B M_A

K_B E K_A

t_фВ t_фА

x_E

B L₂ M_A+M_B L₁ A

R L₁

E

C₂

С С₁

С

Рис.6. Разделение эвтектикообразующей смеси методом сопряжения экстракции и кристаллизации:

а - принципиальная схема;

б - изображение процесса на фазовых диаграммах