2. Сущность процесса экстракции

Экстракцией называется процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при помощи растворителя. В растворителе хорошо растворяются извлекаемые компоненты и мало растворяются остальные компоненты. Поэтому растворитель называется избирательным или селективным.

В нефтепереработке широко применяют процессы экстракции в системе жидкость - жидкость при очистке масел, дизельного топлива, извлечении ароматических углеводородов и т.п. При контакте с избирательным растворителем образуются два раствора: экстрактный, содержащий извлеченные компоненты, и рафинатный, содержащий не извлеченные компоненты. Эти два раствора составляют расслаивающую систему, поэтому их можно разделить отстаиванием.

При экстракции извлекаемый компонент (или смесь нескольких компонентов), распределяется между образующимися при экстракции экстрактным и рафинатным растворами согласно закону равновесия:

х_1/х₂ = К_, (16.7)

где х₁ и х₂ – концентрации растворенного вещества соответственно в одной и в другой жидкой фазах; К – коэффициент распределения.

Коэффициент распределения зависит от природы исходной смеси и растворителя, состава смеси и температуры. Обычно с повышением температуры растворимость в обеих фазах возрастает, и при некоторой температуре образуется однородный раствор (К→1). В этих условиях процесс экстракции не может быть ниже температуры образования однородного раствора.

3. Сущность процесса адсорбции

Процесс поглощения газов (паров) или жидкостей поверхностью твердых тел (адсорбентов) называется адсорбцией. Адсорбция связана с наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и поглощаемого вещества.

В промышленности адсорбцию применяют для отбензинивания попутных и природных углеводородных газов, при разделении газов нефтепереработки с целью получения водорода и этилена, осушки газов и жидкостей, выделения низкомолекулярных ароматических углеводородов из бензиновых фракций, для очистки масел и т.п. Процесс адсорбции используется, например, в хроматографии.

По сравнению с другими массообменными процессами адсорбция наиболее эффективна при малом содержании извлекаемых компонентов в исходной смеси.

Различают физическую и химическую адсорбцию. При физической адсорбции молекулы адсорбента и поглощаемого вещества не вступают в химическое взаимодействие. При хемосорбции происходит химическое взаимодействие молекул поглощаемого вещества с адсорбентом. Адсорбция – процесс экзотермический, т.е. идет с выделением тепла. Для газов и паров теплота адсорбции примерно равна теплоте их конденсации, а при адсорбции из растворов теплота адсорбции меньше.

2. Характеристики адсорбентов

Адсорбенты – пористые твердые тела с сильно развитой поверхностью пор. Удельная поверхность пор может составлять от 200 до 10000 м²/г., а средний радиус пор от 0.3 до 10 нм. Адсорбенты принимают в виде таблеток, а также шариков размером от 2 до 6 мм, а также в виде порошков размером частиц от 20 до 500 мкм.

В качестве адсорбентов используют активный уголь, силикагель, цеолиты, алюмосиликаты и др. Цеолиты (молекулярные сита) – синтетические адсорбенты с регулируемым размером пор – представляют собой алюмосиликаты натрия или калия. Важной характеристикой адсорбентов является их активность, под которой понимают массу адсорбированного вещества на единицу массы адсорбента в условиях равновесиях. Активность адсорбента

a = G/g_a,

где G – масса поглощенных компонентов; g_a – масса адсорбента.

По отношению к разным компонентам смеси активность адсорбента различна. Так, парафиновые и нафтеновые углеводороды поглощаются в меньшей степени, чем ароматические. Сернистые соединения лучше сорбируются, чем содержащие их парафиновые и нафтеновые углеводороды. Не предельные низкомолекулярные углеводороды (этилен, пропилен) адсорбируются лучше, чем соответствующие предельные их аналоги (этан, пропан). Вообще с увеличением размеров молекул (молекулярной массы) сорбируемость молекул обычно возрастает.

Адсорбенты характеризуются также временем защитного действия, под которым понимают промежуток времени, в течении которого концентрация поглощаемых компонентов на выходе из слоя адсорбента не меняется. При большем времени работы адсорбента происходит проскок поглощаемых компонентов, связанный с неисчерпанием активности адсорбента. В этом случае необходима регенерация или замена адсорбента.