Экстрагирование из твердых веществ

Экстракция из твердых веществ основана на извлечении одного или нескольких компонентов этих веществ путем их избирательного растворения в жидкостях (экстрагентах). Простейшей разновидностью процесса является полное растворение отдельных твердых веществ или их смесей в жидкостях. Более сложен процесс экстрагирования (выщелачивания) из твердого материала, состоящего из инертного (нерастворимого) скелета, в котором распределено растворимое вещество. Последнее переходит в раствор путем его растворения в жидкости, а инертный скелет сохраняется.

Оба процесса носят диффузионный характер, существенно различаясь по механизму протекания. При растворении растворимое вещество непосредственно контактирует с жидкой средой в течение всего процесса, при экстракции межфазная граница непрерывно передвигается внутрь пористого материала.

Процесс выщелачивания широко используется в технологии утилизации твердых отходов при их обогащении.

Растворение заключается в гетерогенном взаимодействии между жидкостью и твердым веществом, сопровождаемого переходом твердого вещества в раствор. Возможность самопроизвольного растворения твердого вещества оценивается знаком величины AG (изменение энергии Гиббса):

где АЯР - изменение энтальпии; Т- абсолютная температура; AS - изменение энтропии.

При AG < 0 возможно растворение, AG = 0 соответствует равновесию в системе, при AG > 0 вероятен процесс кристаллизации. Растворимость твердых веществ в жидкостях обычно ограничена концентрацией насыщения Снас.

Скорость растворения как массообменного процесса, кг/с, может быть выражена уравнением:

где m - количество растворенного вещества, кг; Км - коэффициент массопередачи (константа скорости процесса), м/с; S - общая поверхность, м2, растворяемых частиц в момент времени т, с; Снас - концентрация насыщения раствора, кг/м3; С - концентрация раствора в момент времени т, кг/м3.

Скорость выщелачивания изменяется в ходе процесса и зависит от концентрации реагентов, температуры, величины поверхности твердой фазы:

где т - количество выщелачиваемого вещества в твердой фазе, кг; j - количество выщелачиваемого вещества, переходящее в раствор в единицу времени т с единицы поверхности твердой фазы (поток выщелачивания, удельная скорость выщелачивания), кг/(м2 с); S - поверхность взаимодействия фаз, м2.

Основными способами растворения и экстрагирования являются:

  • 1) замкнутый периодический процесс;
  • 2) прямоточный и противоточный процессы;
  • 3) проточный процесс в неподвижном фильтрационном слое.

Замкнутый периодический процесс проводится в аппарате с механическим или пневматическим перемешиванием. В этих условиях возникает переменная во времени скорость обтекания, обусловленная инерцией частиц. При таком режиме ускоряется процесс растворения и экстракции и быстро достигается состояние равновесия.

Прямоточный и противоточные процессы растворения и экстракции проводят в каскаде последовательно соединенных аппаратов с мешалками, через которые пульпа движется самотеком (рис. 4.43).

Схема непрерывного процесса экстракции в каскаде аппаратов с мешалками

Рис. 4.43. Схема непрерывного процесса экстракции в каскаде аппаратов с мешалками

При работе по такой прямоточной схеме движущая сила процесса постепенно снижается от ступени к ступени, но при числе ступеней, не превышающем 3...6, в таких установках достигается достаточно высокая степень извлечения.

Более эффективным является проведение непрерывных процессов экстракции по принципу противотока в батарее аппаратов (рис. 4.44), где свежий растворитель на конце установки взаимодействует с проэкстрагированным материалом, а на другом ее конце исходный твердый материал обрабатывается концентрированным раствором.

Схема многоступенчатого (1, 2,..., т п ) прогивоточного экстрагирования системы твердое тело - жидкость

Рис. 4.44. Схема многоступенчатого (1, 2,..., т п ) прогивоточного экстрагирования системы твердое тело - жидкость

При этом достигается более равномерная работа аппаратов, повышается концентрация раствора, уменьшается расход растворителя и увеличивается производительность установки.

Процесс экстракции в неподвижном слое заключается в фильтровании жидкости (растворителя) сквозь слой пористого кускового материала. Растворение можно проводить периодически или непрерывно при уменьшении во времени высоты слоя (рис. 4.45).

Аппараты для непрерывного растворения твердых веществ

Рис. 4.45. Аппараты для непрерывного растворения твердых веществ:

а - с опускающимся слоем твердого вещества и прямотоком жидкости; б - с псевдоожиженным слоем твердого вещества; 1 - вход твердого вещества;

2 - вход растворителя; 3 - выход раствора; 4 - удаление твердого нерастворимого остатка

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >