Prawo dyfuzji (prawo Ficka) G = k. F. t (c 1 c 2 )

Transkrypt

1 EKSTRAKCJA Metoda rozdzielania mieszanin ciekłych lub stałych za pomocą ciekłego rozpuszczalnika, polegająca na poddaniu mieszaniny ciał działaniu odpowiedniego rozpuszczalnika w celu wydzielenia z niej w postaci roztworu składnika, który w tym rozpuszczalniku łatwiej się rozpuszcza od innych. Ekstrahowaniu poddaje się ciała stałe i ciekłe. Terminy związane z procesem ekstrakcji: Surowiec mieszanina poddana ekstrakcji Ekstrakt ciało ekstrahowane Ekstrahent rozpuszczalnik, substancja ekstrahująca Rafinat ciało lub ciecz wyczerpana, pozostałość po ekstrakcji Ługowanie - ekstrakcja ciał stałych za pomocą wody W czasie ekstrakcji następuje wymiana mas między surowcem, a rozpuszczalnikiem pod wpływem róŝnicy stęŝeń w drodze dyfuzji (ze środowiska o większym stęŝeniu, do środowiska o mniejszym stęŝeniu) zgodnie z prawem dyfuzji. Prawo dyfuzji (prawo Ficka) G = k. F. t (c 1 c 2 ) G ilość substancji dyfundującej k współczynnik wymiany masowej zaleŝny od rozpuszczalnika i substancji ekstrahowanej F powierzchnia zetknięcia się faz. MoŜna ją zwiększyć przez rozdrobnienie w przypadku ciała stałego lub przez mieszanie cieczy. Rozdrobnienie moŝna prowadzić tylko do pewnego stopnia, gdyŝ z jego wzrostem wzrastają opory przepływu rozpuszczalników, co utrudnia przebieg ekstrakcji t czas, wielkość, którą naleŝy zmniejszać (c 1 c 2 ) róŝnica stęŝeń substancji dyfundującej (w surowcu i rozpuszczalniku), którą moŝna zwiększyć przez: 1. zwiększenie ilości rozpuszczalnika 2. zasilanie dodatkowe surowca co pewien czas rozpuszczalnikiem 3. prowadzenie ekstrakcji przeciwprądowo Na szybkość i wydajność procesu ekstrakcji ma wpływ temperatura - wzrost jej (do pewnych granic) zmniejsza lepkość rozpuszczalnika i wzmaga ruch molekularno- kinetyczny, a tym samym przyspiesza proces dyfuzji. Nie zawsze ten czynnik moŝna wykorzystywać ze względu na nietrwałość substancji lub wzrost rozpuszczalności zanieczyszczeń.

2 Proces dyfuzji, a tym samym i ekstrakcji zachodzi do momentu ustalenia się pewnej równowagi stęŝeń k. Prawo Nernsta k = c 2 /c 1 c 1 stęŝenie ekstraktu w surowcu, w roztworze wodnym c 2 stęŝenie ekstraktu w roztworze rozpuszczalnika k współczynnik podziału Ekstrakcji zwykle nie przeprowadza się jednorazowo. Rozpuszczalnik uŝyty do ekstrakcji dzieli się na porcje. Kilkukrotna ekstrakcja bywa bardzo opłacalna. W zaleŝności od ceny ekstraktu, rozpuszczalnika i współczynnika podziału najlepiej stosować 3-, 4-, 5- krotną rzadko 6-krotną ekstrakcję. Cechy rozpuszczalnika stosowanego do ekstrakcji: 1. obojętność chemiczna w stosunku do substancji ekstrahowanej i aparatury 2. selektywność duŝa róŝnica rozpuszczalności ciała ekstrahowanego i zanieczyszczeń 3. małe ciepło właściwe, parowania, niska temperatura wrzenia 4. duŝa dyfuzyjność 5. niepalność i nietoksyczność 6. niska cena Najczęściej stosowane rozpuszczalniki: H 2 O, C 2 H 5 OH, octan etylu, CHCl 3, CCl 4, aceton, trichloroetylen, eter, benzyna. Aparaty stosowane w ekstrakcji: I. ciał stałych a) maceratory i perkolatory b) aparaty ekstrakcyjne wg schematu Soxhleta II. cieczy a) ekstraktor kolumnowy b) ekstraktor z mieszadłem,

3 Aparat ekstrakcyjny typu Soxhleta: 1- ekstraktor; 2- zbiornik rozpuszczalnika; 3- kocioł destylacyjny 4- flaszka florentyńska, 5- chłodnica; 6- dno sitowe; 7-węŜownica Stosowany jest tylko dla substancji ekstrahowanych nie wraŝliwych na podwyŝszoną temperaturę, nie rozkładających się w temperaturze wrzenia roztworu wytworzonego w rozpuszczalniku. Instalacja składa się z kotła destylacyjnego, ekstraktora, chłodnicy i zbiornika rozpuszczalnika. Ekstraktor posiada podwójne dno sitowe, na którym układa się materiał. Pod dnem znajduje się węŝownica grzejna umoŝliwiająca ekstrakcję na ciepło. Na początku ekstrakcji ze zbiornika znajdującego się u góry wprowadza się rozpuszczalnik, który po przejściu przez surowiec spływa z wytworzeniem roztworu do kotła destylacyjnego. Tu wyciąg (który zawiera pewną ilość substancji ekstrahowanej) jest zagęszczany, a pary rozpuszczalnika przechodzą do chłodnicy, gdzie skraplają się i poprzez flaszkę florentyńską i zbiornik spływają z powrotem do ekstraktora. Flaszka florentyńska rozdziela warstwy (wodna i rozpuszczalnik) w przypadku gdy uŝywa się rozpuszczalnika nie mieszającego się z wodą. Zawartą wodę w surowcu odprowadza się na zewnątrz (na ogół jest to dolna warstwa), a rozpuszczalnik znajdujący się jako lŝejszy (górna warstwa) spływa poprzez zbiornik do ekstraktora. W ten sposób duŝe ilości surowca ekstrahuje się małą ilością rozpuszczalnika.

4 Ekstraktor kolumnowy: 1- doprowadzenie cieczy lŝejszej; 2- odprowadzenie wyciągu; 3- odprowadzenie cieczy cięŝszej; 4- cieczowskaz; Ekstrakcja w tym ekstraktorze prowadzona jest w przeciwprądzie. Ciecz cięŝsza płynie z góry na dół, a lŝejsza odwrotnie. W wyniku przenikania cieczy zachodzi ekstrakcja. Ciecze przepuszcza się przez bełkotki lub sita dla zwiększenia powierzchni zetknięcia.

5 Ekstraktor z mieszadłem: 1- płaszcz ekstraktora; 2-mieszadło ruchome; 3- pręty (łamacze); 4-wał obrotowy Ekstraktor to zbiornik kształtu kadzi lub cylindra, zaopatrzony jest w mieszadło osadzone na wale, a w ścianach wmontowane są łamacze. Wprowadzenie cieczy odbywa się, jak w ekstraktorze kolumnowym.