Экстрагирование

Экстраги́рование — способ извлечения компонентов из твердых тел обычно с помощью органических растворителей (экстрагентов); один из массообменных процессов химической технологии. Латинское extraho означент «вытягиваю», «извлекаю». Экстрагирование применяется для выделения органических соединений из растительного сырья, растительных и эфирных масел. Наряду с термином «экстрагирование» часто применяют термин «выщелачивание» (в англоязычной литературе leaching), так как иногда в процессах извлечения раствор содержит щелочь. Однако во многих аналогичных процессах щелочь не используется. Экстрагирование отличается от жидкостной экстракции, которая протекает в гетерогенной системе жидкость — жидкость. При экстрагировании твердые тела сырья подвергаются предварительному измельчению.
Различают экстрагирование растворенного вещества и экстрагирование твердого вещества. В случае экстрагирования растворенного вещества пористый объем твердого тела заполнен раствором целевого компонента, который при извлечении диффундирует за пределы пористого тела в экстрагент. Например, извлечение сахара из свекловичной стружки при ее обработке горячей водой. Экстрагирование твердого вещества происходит, если целевой компонент находится в твердом состоянии. При обработке твердого тела экстрагентом диффузионной стадии предшествует стадия растворения целевого компонента.
К стадиям экстрагирования относят: подготовку сырья и экстрагента (очистка и измельчение сырья, нагревание растворителя); контакт твердой и жидкой фаз в аппарате-экстракторе; разделение системы твердая фаза—раствор (отстаивание, фильтрование, центрифугирование). Промышленные экстрагенты должны обладать высокой избирательностью, легко регенерироваться и быть дешевыми. Таким требованиям отвечают вода, этанол, бензин, бензол, ацетон, растворы кислот, щелочей, солей.
На скорость и механизм экстрагирования влияет структура твердых пористых тел, которые могут обладать изотропной или анизотропной структурой. Изотропные тела имеют одинаковое строение во всех направлениях. Этому условию отвечают тела, состоящие из малых сцементированных между собой частиц, тела животного или растительного происхождения, обладающие клеточным строением. При измельчении изотропных тел возможно появление анизотропии.
В соответствии со вторым началом термодинамики при взаимодействии твердой и жидкой фаз их состояние изменяется в направлении достижения равновесия, которое характеризуется равенством химических потенциалов извлекаемого вещества в объеме твердого тела и в основной массе экстрагента. При извлечении растворенного вещества это равносильно равенству его концентраций в обеих фазах; условие нарушается, если целевой компонент адсорбируется твердой фазой, тогда равновесие определяется изотермой адсорбции. При извлечении твердого вещества равновесие обусловлено растворимостью целевого компонента, находящегося в контакте с экстрагентом; при полном извлечении твердого компонента его концентрации в основной массе раствора и в пористом объеме выравниваются.
Кинетически экстрагирование подчиняется законам массообмена, конвективной и молекулярной диффузии, законам переноса извлекаемого вещества из твердой фазы в жидкую. Движущей силой переноса целевого компонента является разность его химических потенциалов в фазах. На практике для упрощения связи между скоростью процесса и составом материальных потоков движущую силу экстрагирования выражают через переменный во времени градиент концентраций извлекаемого вещества в фазах.

Смотри также

Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика