Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Наряду с рекомендациями и выводами, вытекающими из индивидуальных свойств компонентов в системе экстрагент — микропримеси— очищаемое вещество, можно воспользоваться некоторыми общими закономерностями. Одна из них, например, установлена Л. И. Моисеевым и А. Г. Карабашем [13, 14]. Они показали, что при экстракции хлоридов и иодидов ряда металлов
* Последнее справедливо лишь при ион-дипольном характере взаимодействия ионов высаливателя с водой, например, в ряду катионов Мо;2+— Са2+—5г2+ [11]. При ковалентном взаимодействии ионов типа 2п2+ и Сй2* с окружающими молекулами воды эффективность высаливания понижается [12].
299
соэкстрагирование микропримесей имеет место при экстракции малополярными веществами (простыми эфирами). Соэкстрагирование можно подавить, применяя экстрагенты с большими значениями диэлектрической проницаемости — спирты, сложные эфиры и т. п. Вывод об экстракционной способности нескольких выбранных экстрагентов может быть сделан на основании оценки электроотрицательности функциональных групп, входящих в состав молекулы экстрагента [15].
Разобранные выше факторы оказывают влияние на эффективность элементарного экстракционного акта. Однако общую эффективность экстракционного процесса можно повысить многократным повторением этого акта, что постоянно и происходит при технологическом применении экстракции. Исходя из экономических соображений, в этом случае стремятся оптимизировать число операций экстракции и объем экстрагента в каждой из них, чтобы добиться обработки данным количеством экстрагента максимального количества продукта.
Уравнение материального баланса с учетом того, что сорг = 1)сВОдн, после одного акта экстракции будет
пс0) у +с(1) V =с(0) V
•^водн/ орг ' "водн* водн ¦'волн' водн
где Уорг и Уводн — объем фаз при каждой экстракции; Св0ДН — концентрация- в водной фазе после п экстракций. Представим это уравнение в следующем виде:
1^волн
"водн -водн Уводн + 070рг
Тогда концентрация в водной фазе после двух экстракций выразится
М _со> УвОДН - с№) (__V
В0ДН В°ДН ^водн + ^орг ^"Кодн+^орг,'
а после п экстракций:
М = (о) / ^в°Дн "водн '"водн \ у + ПУ
\ ' водн ' " ' орг
Можно показать, что при заданном суммарном объеме экстрагента пУорг будет наибольшей эффективности процесса, т. е. наименьшего значения Св0ДН достигают при большом значении п и малом У0рг —другими словами, с помощью большого числа экстракций малым количеством экстрагента.
Однако экстрагировать каждый раз продукт свежей порцией растворителя оказывается менее выгодно, чем осуществлять про-тивоточную экстракцию, когда свежий экстрагент извлекает растворенное вещество из наиболее бедной водной фазы, а экстрагент, уже в достаточной степени насыщенный продуктом, используется для экстракции из наиболее богатого извлекаемым
300
веществом раствора. Водные же растворы промежуточной концентрации обрабатываются экстрагентом, содержащим растворенное вещество в умеренной концентрации. Подобного рода процесс реализуется при непрерывном противоточном движении водной и органической фаз. Большинство технологических схем и аппаратов в промышленности работает именно по такому принципу.
АППАРАТУРА
Как уже говорилось выше, в основе экстракционного механизма лежат диффузионные явления, способствующие переходу молекул растворенного вещества через границу раздела фаз. Если жидкая фаза неподвижна или двигается относительно другой ламинарно, такая диффузия определяется как ламинарная. При турбулентном движении жидкой фазы перенос молекул ускоряется вихрями, и диффузия в этом случае становится конвективной. Наконец, в системах жидкость — жидкость массопере-дача может происходить не только путем диффузии, но и путем спонтанно проходящих перемещений, называемых спонтанной межфазной турбулентностью или спонтанной поверхностной активностью. В случае спонтанной турбулентности массопере-дача протекает значительно интенсивнее, чем это следует из теории молекулярной диффузии. При этом в отличие от конвективной диффузии для возникновения межфазной турбулентности вовсе нет необходимости перемешивать жидкость.
Диспергирование одной фазы в другую в виде капель увеличивает поверхность контакта фаз и способствует уменьшению пути диффундирующего вещества между фазами. Массообмену содействуют также коалесценция и повторное образование капель. Однако уменьшение размера капель должно производиться до разумного предела, ибо в противном случае может наступить эмульгация, замедлиться циркуляция жидкости в каплях и уменьшиться скорость их подъема в экстракционной колонне.
Для осуществления экстракционных процессов разработано большое число разнообразных аппаратов [2], из которых наиболее часто применяются вертикальные экстракционные колонны и горизонтальные смесители-отстойники. При получении веществ высокой чистоты на конструкцию экстракционных аппаратов накладываются определенные требования. Прежде всего, необходимо применять неметаллические материалы (полиэтилен, фторопласт) и, когда возможно, нержавеющую сталь. Использование этих материалов ограничивает круг экстракционных аппаратов, среди которых, в первую очередь, следует отдать предпочтение так называемым немеханическим экстракторам, т- е. аппаратам, в которых отсутствуют вращающиеся мешалки, роторы и т. п.
