Большая Советская Энциклопедия (ЭК)

  Э. подчиняется законам диффузии и равновесного распределения. При Э. из жидкостей после смешения исходного раствора с экстрагентом и расслоения образовавшейся смеси концентрация у экстрагируемого вещества (В) в фазе экстракта больше его концентрации х в фазе рафината. При взаимной нерастворимости экстрагента (С) и растворителя (Л) исходного раствора зависимость у от х для равновесной системы (для которой у обозначается как у _р ) изображается в диаграмме у — х (рис. 1 , а). Если раствор разбавлен, а вещество В в экстракте находится в неассоциированном и недиссоциированном состояниях, отношение  (коэффициент распределения) — величина постоянная, не зависящая от концентрации, и линия равновесия в диаграмме у — х является прямой; в противном случае K _p — функция концентрации, и линия равновесия криволинейна. K _p всегда зависит от температуры, практически не зависит от давления; определяется он экспериментальным путём.

  Вследствие кратковременности и несовершенства акта смешения экстрагента и исходного раствора действительная (рабочая) концентрация у всегда меньше равновесной у _р . Степень приближения у к у _р характеризует эффективность Э., а разность y _p —y является его движущей силой.

  В результате однократной Э. возможна сравнительно небольшая степень извлечения вещества В из исходного раствора, поэтому прибегают к многократному повторению актов смешения и последующего расслаивания взаимодействующих фаз при их встречном движении (рис. 1 , б). Если в исходном растворе концентрация вещества В уменьшается от x ₁ до x ₂ , то его концентрация в фазе экстракта возрастает от 0 до y ₁ . Из уравнения материального баланса Э.:

  Dy₁ =W (x₁ - x₂ ) = М     (а )

  (где D и W — соответственно расходы чистого экстрагента и чистого растворителя) можно определить расход экстрагента:

 

  Уравнение (а) описывает прямую (см. рис. 1 , а), проходящую через точки с координатами (x ₁ , 0) и (x ₁ , y ₁ ). В приведённых выражениях x ₁ и y ₁ — концентрации относительно чистого растворителя А и чистого экстрагента С. Очевидно, что при прочих равных условиях расход экстрагента растет по мере уменьшения концентрации (x₂ ) вещества В в рафинате и уменьшения его концентрации y ₁ в экстракте.

  Кинетика Э. описывается общим уравнением массообмена . M = KcF t, где М — количество экстрагированного вещества, К — коэффициент массопередачи, с — средняя разность концентраций экстрагируемого вещества в обеих фазах, F — величина межфазной поверхности, t — время.

  Величина с однозначно определяется заданными концентрациями х, у и у _р , поэтому для достижения больших значений М стремятся увеличить К путём турбулизации потоков взаимодействующих фаз и F — путём диспергирования одной из фаз (экстрагента или исходного раствора) на мелкие капельки. Точное значение К пока не может быть рассчитано теоретическим путём, поэтому эффективность процесса Э. выражают, как и при ректификации или абсорбции, числом ступеней равновесия (идеальных тарелок). Графическое определение числа ступеней равновесия показано на рис. 1 , а. В случае частичной растворимости растворителя А и экстрагента С равновесие системы изображается в плоскости равностороннего треугольника (рис. 1 , в). Каждой точке внутри треугольника соответствует тройная смесь, в которой концентрации компонентов А, В, С измеряются длинами перпендикуляров, опущенных на противолежащие стороны. Под кривой EG (бинодальной кривой) расположена область гетерогенных смесей, а над кривой — гомогенных растворов. Процессы Э., поскольку в них чередуются акты смешения и расслаивания фаз, протекают только в гетерогенной области. Смешав исходный раствор с некоторым количеством экстрагента, получим тройную гетерогенную смесь Р, которая расслаивается на экстракт Q и рафинат R с концентрацией экстрагируемого вещества В. Если теперь смешать рафинат со свежей порцией экстрагента, получим новую гетерогенную смесь P₁ , которая расслоится на экстракт Q ₁ и рафинат R ₁ с более низкой концентрацией Q ₁ . Положение прямых QR и Q ₁ R ₁ , называется конодами, определяется для каждой системы экспериментальным путём. Продолжая акты смешения и расслаивания, можно добиваться дальнейшего понижения концентрации компонента В в рафинате, т. е. повышения степени Э. Совершенно очевидно, что число построенных конод (их может быть сколько угодно) равно числу ступеней равновесия. В приведённом примере периодической Э. после каждого акта смешения и расслаивания падает концентрация В как в рафинате, так и в экстракте. Для повышения концентрации вещества В в экстракте и большего его исчерпывания из рафината во многих случаях прибегают к Э. с так называемой обратной флегмой. Сущность этого процесса сводится к частичному отделению экстрагента от экстракта и исходного растворителя от рафината и обратному возвращению долей этих фракций в аппарат навстречу уходящим потокам.