Статика экстракции

Термодинамически жидкостная экстракция - самопроизвольный процесс выравнивания химических потенциалов веществ в контактирующих фазах. Состояние равновесия характеризуется термодинамической константой распределения Р_т, в общем случае описываемой выражением:

где - соответствующий химический потенциал и термодинамическая активность распределяемого компонента в извлекающей фазе,

- соответствующий химический потенциал и термодинамическая активность распределяемого компонента в исчерпываемой фазе,

R – универсальная газовая постоянная,

T – температура.

Разность химических потенциалов переносимых компонентов в фазах представляет собой движущую силу экстракции жидкостной. Точное определение химических. потенциалов в экстракционных системах в настоящее время затруднительно. Поэтому для упрощения инженерных расчетов за движущую силу процесса принимают разность ΔС между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями целевого компонента в фазах.
Для экстракционных равновесий справедливо правило фаз. Его применение к простейшей экстракционной системе (двухфазной из трех компонентов) при условии, что температура и давление обычно не изменяются, дает вариантность системы (т. е. число ее термодинамических степеней свободы), равную единице. Это означает, что существует взаимно однозначное соответствие между равновесными концентрациями распределяемого компонента в исчерпываемой (с) и извлекающей фазах. Благодаря этому для характеристики равновесного распределения используют кривую равновесия, или изотерму экстракции и коэффициент распределения . При существенной взаимной растворимости фаз для описания экстракционных равновесий вместо декартовых координат применяют более сложные диаграммы, например в плоскости равностороннего треугольника.
По величине коэффициента α судят об экстракционной способности экстрагента: чем больше этот параметр, тем выше способность данного растворителя извлекать целевой компонент. В экстракционных системах коэффициент α изменяется в широких пределах. Знание закономерностей экстракционных равновесий и уравненийдля их описания позволяет выбирать условия, обеспечивающие необходимые значения а.

Для характеристики экстракционного разделения двух веществ используют коэффициент β, разделения численно равный отношению соответствующих коэффициентов распределения этих веществ (обычно большего к меньшему) в экстракте и рафинате: Факторы, влияющие на экстракционное разделение, многочисленны и определяются не только закономерностями экстракционного равновесия, но и способом организации процесса. Например, при однократном контакте фаз наилучшее разделение двух компонентов в состоянии равновесия достигается при максимальном различии их степеней извлечения. Для практической реализации разделения при многоступенчатой противоточной экстракции жидкостной бывает достаточно β= 1,5-2,0 (разделение лантаноидов и др.).