Экстракция (стр. 1 из 3)
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Самарский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Общая и инженерная химия»
Курсовая работа
«Экстракция»
Выполнила:
студентка 992 группы
Савдиерова Н.Ю.
Проверила:
Сеницкая Г.Б.,
Халикова А.В.
Самара, 2010
Содержание
1. Введение………………………………………………………….3
2. Общая характеристика экстракционного метода разделения и концентрирования………………………………4
3. Теоретические основы экстракции и типы экстракционных систем. ……………………………………...5
4. Условия экстракции вещества ……………………………….8
5. Экстракция как химическая реакция (основные законы и количественные характеристики)…………………………..9
6. Классификация экстракционных процессов.………………11
7. Возможности практического использования экстракции.…………………………………………………….13
8. Заключение……………………………………………………..14
9. Литература…………………………………………….............15
10. Задача……………………………………………………...16
Введение.
Проблема разделения смесей и выделения в чистом виде индивидуальных химических соединений имеет огромное значение. Интерес к этой проблеме особенно возрос в связи с потребностями металлургии цветных и редких металлов, полупроводниковой техники и атомной промышленности. Развитие методов разделения и очистки веществ стимулируется потребностями нефтяной, химической и фармацевтической промышленности. Одним из перспективных методов разделения смесей является экстракция. Давно известно, что многие вещества распределяются между двумя несмешивающимися жидкостями, причем характер разделения в известной степени зависит от растворимости веществ в индивидуальных фазах. Использование этого явления для разделения и очистки веществ стало одним из основных методов в органической химии. Долгое время в области неорганической химии экстракцией интересовались мало. Поэтому экстракцию принято считать относительно молодым методом. Это в значительной мере оправданно, особенно если принять во внимание, что наиболее мощный толчок развитие экстракции получило только в середине нынешнего столетия в связи с работами в области ядерной технологии.
Значение экстракционных методов неизменно возрастает в технологии цветных и рассеянных элементов в связи с вовлечением в переработку бедного сырья. Другой важной областью применения экстракции является переработка вторичного сырья, особенно неметаллургических отраслей. Экстракционные методы являются основными методами переработки сырья в атомной промышленности. Химия экстракции неорганических веществ чрезвычайно богата и разнообразна. Это обусловлено широким набором неводных сред (разбавителей) и экстрагентов различных принципов действия (координационного, ионнообменного, синергического), в значительной степени определяющихся химическим состоянием металлов в водных растворах. С другой стороны, закономерности поведения металлов в конденсированных средах могут быть поняты на основе взаимосвязанного рассмотрения электронного строения реагирующих веществ, продуктов реакции и их взаимодействия со средой.
Большой комплекс задач, составляющих научную основу современной теории экстракции, был поставлен и решался учеными Института неорганической химии под руководством академика А.В. Николаева.
Общая характеристика экстракционного метода разделения и концентрирования.
Термин «Экстракция» происходит от латинского слова «extraho», что в переводе означает «извлекаю». Экстракция является научной методикой, используемой в разных областях, и смысл ее заключается в том, что ученые, используя лабораторный экстрактор, разделяют и очищают от примесей различные вещества, в том числе сухие смеси, переводят составы из одной фазы в другую, используя для этого подходящий растворитель-экстрагент.
Для того чтобы извлечь из раствора компоненты, ученые добавляют в экстрактор растворитель, который не смешивается с раствором, но в котором вещество растворяется лучше, чем в первом растворителе. Экстракция может быть как разовой – однократной или многократной, так и непрерывной - тогда это называется перколяция.
Самый простой способ экстракции из жидкого вещества – это однократная или многократная промывка экстрагентом в делительной воронке экстрактора. Делительная воронка – это сосуд с пробкой и краном, предназначенным для слива жидкости. Для непрерывной экстракции нужно купить экстрактор специального назначения или перколятор.
Если необходимо извлечь одно вещество или смесь веществ и сухого состава, то используется уже непрерывная экстракция. Также в лабораториях, которые специализируются на химическом синтезе, экстракцию используют для выделения чистого вещества из всей смеси или удаления одного из продуктов реакции в ходе синтеза.
Основные достоинства метода — высокая избирательность и чистота разделения, возможность работы, как с большими, так и с самыми малыми концентрациями веществ, отсутствие загрязнения продуктов, легкость технологического оформления, возможность осуществления непрерывности процесса, высокая производительность.
Теоретические основы экстракции и типы экстракционных систем.
Теоретические основы экстракции
Главной характеристикой любого экстракционного процесса, является коэффициент распределения (D). Коэффициент распределения определяется отношением концентрации экстрагирующегося вещества в органической фазе к концентрации вещества в водной фазе после того, как наступило равновесие, т.е.
| D = Cорг / Сводн. | (1) |
Для того чтобы понять, какая часть вещества перешла в органическую фазу, следует пользоваться другой характеристикой - коэффициентом извлечения (α), который является той долей вещества, что перешла в органическую фазу. Существует связь между коэффициентом распределения и коэффициентом извлечения:
| α = 1 / (1+Vводн/(D Vорг)), | (2) |
где Vводн - объем водной фазы;
Vорг - объем органической фазы.
Из формулы видно, что чем больше объем органической фазы, тем больше коэффициент извлечения, т.е. тем больше вещества переходит в органическую фазу. Коэффициент извлечения является важным аналитическим параметром, так как всегда важно знать при разработке аналитической методики полноту извлечения определяемого вещества.
В экстракции существует золотое правило, которое гласит: если нельзя полно извлечь вещество за одну операцию, то это можно сделать гораздо эффективнее несколькими последовательными процедурами с меньшими суммарными затратами экстрагента.
Допустим, что мы используем экстракционную систему со следующими параметрами: D=4,Vводн=1мл, Vорг=1мл. Несложно рассчитать коэффициент извлечения. Он будет равен 0,8. Показатель извлечения очевидно мал. Для того чтобы хотя бы 99% вещества перешло в органическую фазу надо взять не 1 мл органики, а 25 мл. Подобного результата можно достичь, если провести 3-хкратную экстракцию, используя каждый раз свежую порцию экстрагента объемом 1 мл. Коэффициент суммарного извлечения (α общ) такой процедуры можно рассчитать по формуле:
αобщ = α(1+(1-α)+(1-α)2 +…+(1-α)n-1 ) (3)
где n - число экстракционных процедур.
Для нашего случая αобщ = 0,992, так как αобщ = 0,8(1+(1-0,8)+(1-0,8)2).
Таким образом, вместо 25 мл мы использовали 3мл.
Следует обратить внимание на то, что употребление меньших объемов экстрагента предпочтительнее, так как концентрация анализируемого вещества в экстрагенте получается выше.
Говоря о коэффициенте распределения (D), как о константе, характеризующей свойства экстракционной системы, необходимо сделать важную оговорку. Дело в том, что коэффициент распределения постоянен только в том случае, если концентрация экстрагента существенно превосходит концентрацию экстрагируемого вещества, потому что коэффициент распределения является частным случаем общеизвестной термодинамической константы равновесия. Рассмотрим общий случай, когда исследуемое вещество A образует соединение с несколькими молекулам экстрагента (S) в органической фазе:
| A + m S <=> ASm. | (4) |
Константа равновесия соединения будет иметь следующий вид:
| K =[A][S]m/[ASm]. | (5) |
Если пользоваться понятием коэффициента распределения, то
| K = [S]m/D , так как D=[ASm]/[A]. | (6) |
Из этих формул видно, что коэффициент распределения (D) будет постоянен только в том случае, если расход экстрагента на образование соединения [ASm] будет исчезающе мал.
На основании данных о коэффициенте распределения можно получить сведения о координации экстрагирующегося вещества с молекулами экстрагента. Для этого определяют коэффициенты распределения при различных концентрациях экстрагента. Это следует из формулы (6), так как