Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

Поэтому применяемые при экстракции растворители называют избирательными или селективными. На первый взгляд экстракция напоминает абсорбцию. Но есть принципиальное различие: в экстракции разделение возможно только при условии, что смесь растворителя и извлекаемого вещества образует гетерогенную (неоднородную) систему.

Процесс происходит при смешении двух компонентов: сырья и экстрактного раствора. После чего происходит перераспределение компонентов с образованием гетерогенной смеси. Экстракт включает в себя смесь из растворителя и исходных компонентов, а в рафинат входит очищенная исходная смесь. Распределение происходит по закону фазового равновесия. В данном случае он формулируется коэффициентом распределения, который численно имеет выражение концентрации извлекаемого компонента в образующихся фазах.

Температура также имеет важное значение. Все три компонента при высокой температуре взаимно растворимы друг в друге, из чего обнаруживается проблема стремления коэффициента к значению 1, а значит, и к невозможности экстракции.

Влияние на экстракцию также имеет и соотношение исходных смесей. При небольшом количестве растворитель при соответствующей температуре полностью растворяется в исходной смеси – образуется гомогенный раствор. Если же растворителя много, то уже исходная смесь полностью растворяется в нем, но результат тот же: образуется одна фаза. Каждой величине отношения «растворитель – исходное сырье» соответствует определенное значение температуры, при которой и выше которой данная смесь образует однофазную систему.

В нефтепереработке процесс экстракции применяется при очистке смазочных масел, дизельных топлив, деасфальтизации тяжелых нефтяных остатков, извлечении ароматических углеводородов из бензинов пиролиза, продуктов риформинга или легких газойлей коксования, извлечении высококипящих или нелетучих компонентов из сточных вод и т. п.

В промышленных условиях для разделения различных жидких нефтепродуктов путем экстракции используют такие растворители, как фенол, фурфурол, N-метил-2-пирролидон, диэтиленгликоль, вода, жидкий пропан, бензол, диметилсульфоксид, производные морфолина и пр. При экстракции озокерита и церезина из горных пород в качестве растворителя применяют бензин. В последнее время из-за высокой токсичности фенола и фурфурола наметилась тенденция замены этих растворителей на N-метил-2-пирролидон.

Контактирование массообменивающихся фаз при экстракции осуществляется по разным схемам. Это зависит от требований, которые предъявляют к качеству рафинатного и экстрактного растворов. Однако любой процесс экстракции содержит следующие стадии:

1. Смешение растворителя с разделяемой смесью, обеспечивающее их контактирование.

2. Разделение образовавшейся смеси на рафинатный и экстрактный растворы.

Базовым вариантом экстракции можно считать однократное исполнение, в котором присутствуют только две стадии, описанные ранее. Однако для увеличения чистоты рафината используют повторяющийся процесс экстракции, который получил название многоступенчатой.

Многоступенчатая экстракция разделяется на противоточную с одним или двумя растворителями, а также с флегмой. Схематичные варианты исполнения экстракции представлены на рисунке 12.

Рисунок 12. Многоступенчатая экстракция, а – противоточная экстракция с одним растворителем, б – противоточная экстракция с флегмой, в – многоступенчатая экстракция с двумя растворителями. Где С – экстрактор, О – отстойник, F – поток сырья, R – рафинат, L – растворитель, n – число ступеней, S – экстракт, Q – экстрактный раствор, R0 – флегма

Противоточная экстракция с одним растворителем – многоступенчатый процесс непрерывного действия, при котором исходная смесь поступает в первую ступень, а растворитель – в последнюю. Образовавшиеся две жидкие фазы – экстракт и рафинат – непрерывно движутся противотоком навстречу друг другу.

Противоточная экстракция с флегмой – метод жидкостной экстракции, при котором часть экстракта после удаления из него экстрагента возвращается в процесс в виде флегмы. Это позволяет повысить степень разделения исходного раствора на компоненты.

Многоступенчатая экстракция с двумя растворителями – процесс разделения исходного раствора, состоящего из двух или более компонентов, с помощью двух несмешивающихся экстрагентов. Один из растворителей – экстрагирующий, должен хорошо растворять извлекаемые компоненты, второй – «отмывочный», должен хорошо растворять неизвлекаемые компоненты.

По своему аппаратурному исполнению экстракционные аппараты могут делиться на ступенчатые и колонные. Колонные по устройству аналогичны другим известным нам аппаратам, а вот ступенчатые представляют собой новый для нас вид оборудования. Итак, аппараты ступенчатого типа имеют определенное число ступеней (типа «смеситель-отстойник»), в каждой из которых происходит контактирование и последующее разделение фаз. В целом в системе осуществляется противоточное движение фаз за счет соответствующего соединения ступеней по потокам рафинатных и экстрактных растворов.

Но процесс экстракции не ограничивается колоннами и смесителями. Обязательно присутствует стадия разделения фаз. Для этого используют либо обычное отстаивание, либо центробежные аппараты.

Процесс удаления жидкости из твердых материалов путем ее испарения называется сушкой. Он часто встречается при регенерации осушительных адсорберов или регенерации реакторов с катализатором на твердом носителе. Хотя процесс и простой, но не менее важный, нежели обсуждаемые ранее. Существуют разные виды сушилок: газовые или конвективные, контактные или кондуктивные, радиационные, диэлектрические, сублимационные. Коротко обсудим это разнообразие.

Сушки сублимационного исполнения удаляют влагу, которая была предварительно заморожена, а за счет поддержания низкого давления и температуры испаряется, минуя жидкое состояние.

Диэлектрическая сушка использует ток высокой частоты для удаления влаги из металла. Главный плюс: прогрев идет по всему объему, поэтому вода испаряется не только с поверхности, но и из глубины – из микротрещин и пор. Для тонкого металла используют сушку с использованием тепла, полученного от инфракрасного излучения, – радиационную сушку.

Газовая сушка, обсуждавшаяся ранее, происходит под влиянием горячего газа, обладающего инертными свойствами (азот, воздух, аргон и т. д.). Контактная сушка представляет собой простой теплообмен через стенку аппарата. Нагрев может подводиться паром, горением или электричеством.

Перейдем к сушилкам, получившим наиболее широкое распространение. Многие из рассмотренных ранее аппаратов имеют узкое применение и предназначены для сушки отдельных материалов. Наибольшее же распространение получили сушилки газового и контактного типов.

Газовые сушилки имеют ряд разнообразных конструкционных исполнений, например: ленточные, барабанные, пневматические, распылительные и с псевдоожиженным слоем.

Рисунок 13. Газовая сушилка ленточного типа

Ленточная газовая сушилка предназначена для сушки твердых материалов, которые не представляют токсичной и пожарной опасности. Она выглядит как металлический короб с двумя секциями. Первая предназначена для продукта, который проходит осушку на конвейерных лентах, а вторая – для обеспечения работы осушки, в которой располагаются калориферы, вентиляторы и газоходы. Также сушилки снабжены ворошителями и воздухораспределительными решетками. Конечно, при работе с продуктами нефтепроизводства нельзя обойтись без взрывоопасных и пожароопасных материалов, для них газовые сушилки модернизируются и производятся в герметичном укрепленном корпусе.

Еще один вид – барабанная сушилка. В ней тепло сушильного агента непосредственно передается высушиваемому материалу во вращающемся барабане. В качестве сушильного агента используется нагретый воздух или дымовые газы. Такой тип сушилок представлен на рисунке 14. Благодаря наклону сушильного аппарата происходит движение осушаемого материала.

Рисунок 14. Газовая сушилка барабанного исполнения

Для сушки мелкодисперсных, кристаллических и