Экстрагирование и экстракция: явление, теория, аппараты

    Рисунок 2 - Аппараты для экстрагирования жидких тел 

    Насадочный  колонный экстрактор (рис. 2, б), в котором осуществляется противоточное движение распыленных насадкой частиц жидкостей, действует аналогично абсорберу. В колонном пульсационном экстракторе (рис. 2, в) процесс экстрагирования интенсифицируется за счет пульсации жидкости мембраной, получающей колебательные движения от поршневого механизма. Это повышает эффективность процесса экстракции. В колонном аппарате (рис. 2, г) процесс экстракции интенсифицируется за счет высокой турбулентности, создаваемой с помощью инжекторов. В смесительно-отстойном аппарате (рис. 2, д) мешалки, сидящие на вертикальном валу, смешивают вещества, а в насадке между мешалками происходит их расслоение и разделение.

    Существуют  и другие классификации экстракторов. По взаимному направлению движения твердой фазы и экстрагента экстракторы подразделяют на прямоточные и противоточные, по режиму работы - на аппараты периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

      Из представителей периодического и полунепрерывного действия наиболее распространены камерные аппараты (реакторы) с механическим, пневматическим или пневмомеханическим перемешиванием, а также так называемые настойные чаны с неподвижным слоем твердых частиц с циркуляцией (перколяторы) и без циркуляции экстрагента. Аппараты для экстрагирования в плотном слое обычно располагаются вертикально и имеют комбинированную форму: в основной части цилиндрическую, с одного или обоих концов - форму усеченного конуса (рис. 3, а). На решетку сверху загружается слой твердого материала, через который сверху вниз протекает экстрагент; для выгрузки твердого остатка служит откидное днище.

    Рисунок 3 - Экстракторы периодического действия: а - единичный аппарат; б -батарея аппаратов (I-V); 1 - корпус; 2 - ложное днище (решетка); 3 - откидное днище; 4 - штуцер для ввода свежего экстрагента; 5 - штуцер для отвода концентрированного раствора; 6 - насос. 

    Последовательное соединение 4-16 таких аппаратов в батарею (рис. 3, б) позволяет перейти к полунепрерывной противоточной схеме. Благодаря замкнутой системе коммуникаций удается периодически отключать от циркуля системы один из аппаратов, освобождать его от полностью истощенного материала и заполнять свежим. Далее этот аппарат снова включают в систему циркуляции и подают в него наиболее обогащенный экстрагент, прошедший через все остальные аппараты, затем отключают следующий, аппарат, в который до этого поступал чистый экстрагент, и т.д. С увеличением числа аппаратов процесс приближается к непрерывному.  
Главные недостатки описанных экстракторов, которые продолжают широко применяться в химических производствах: большие затраты ручного труда при их эксплуатации, значительные потери экстрагируемого вещества при выгрузке, высокая металлоемкость, трудность регулирования работы. Экстракторы периодического действия используют в производстве небольших партий фармацевтических препаратов, настоев, морсов и др. Экстракторы полунепрерывного действия (батарея аппаратов) малоэффективны, громоздки и сложны в обслуживании.

     К основным экстракторам непрерывного действия относятся шнековые и ленточные аппараты.

    Рисунок 4 - Шнековый экстрактор непрерывного действия: 1, 2, 3 - загрузочная, горизонтальная и экстракционная колонны; 4-6 - шнеки; 7 -разделительное сито. 

    Шнековый экстрактор (рис. 4) представляет собой трехколонный аппарат с транспортирующим органом шнекового типа. Твердая фаза последовательно перемещается через загрузочную, горизонтальную и экстракционную колонны навстречу движущемуся экстрагенту. В верхней части загрузочной колонны имеется сито для отделения экстракта от твердой фазы. Достоинства аппарата - малая металлоемкость и небольшая занимаемая площадь. Недостатки обусловлены конструкцией шнека, вокруг вала которого закручивается твердый материал, поэтому иногда шнек заменяют цепным транспортирующим органом.  
Для равномерного распределения экстрагента по поверхности материала над слоем размещены распылители. Пройдя через слой материала, раствор поступает в воронку, откуда насосом подается в смежную зону, которая расположена в направлении, противоположном движению ленты. Распространены также роторные аппараты карусельного типа, реализующие тот же принцип действия.

    Ленточный экстрактор (рис. 5) имеет стальной корпус, внутри которого

     Рисунок 5 - Ленточный экстрактор непрерывного действия: 1 - корпус; 2 - бункер; 3 - ленточный транспортер; 4 - воронка; 5 - насосы. 

    расположен транспортер с перфорированной лентой. Подаваемый в аппарат материал движется слоем высотой 0,6-1,2 м по верхней ветви транспортера.

    Преимущества экстракторов непрерывного действия, применяемых в многотоннажных производствах, перед периодически функционирующими аппаратами: более высокий коэффициент массоотдачи от поверхности твердых частиц к экстрагенту; полное исключение ручного труда при обслуживании; возможность создания экстрактов большой единичной мощности и автоматизации экстрагирования.

    Литература

1. Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование. Система твердое тело - жидкость. – Л.: Химия,  1974. – 247 с.
2. Романков П. Г., Курочкина М. И. Экстрагирование из твердых материалов. – Л.: Химия, 1983. – 364 с.
3. Романков П. Г., Фролов В. Ф. Массообменные процессы химической технологии. – М.: Высшая школа, 1990. – 129 с.
4. Василик И.Н., Лысянский В.М. Интенсификация процесса экстракции и совершенствование оборудования для получения настоев. Вып. 8. М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1982. – 217 с.