9.9. Экстракция примесей из смеси твердых фаз
Обработка твердых фаз экстрагентом позволяет удалить примеси растворимые в экстрагенте, а также поверхностные загрязния. кристаллов очищаемого вещества.
При однократной экстракции тонкоизмельченное вещество нагревают при перемешивании с экстрагентом в колбе с обратным холодильником (см. рис. 160), после чего твердую фазу отфильтровывают и высушивают . Если смеси твердых веществ таким образом был извлечен нужный компонент, то фильтрат выпаривают , а выделенные кристаллы переосаждают из чистого экстрагента.
Извлечение из смеси твердых веществ нужного компонент водой, водными растворами кислот и оснований называют выщелачиванием (водной экстракцией). Если выщелачивание осуществляют без нагревания, то процесс называют мацерированием, а если при нагревании, но без кипения жидкости, - дигерированием. В том и другом случае после перемешивания суспензии дают отстояться и декантацией переводят экстракт в другой сосуд. Операцию вышелачивания повторяют нужное число раз, добавляя в сосуд со смесью твердых веществ очередную порцию экстрагента.
Аппараты Сокслета. В таком аппарате (рис. 223, а) измельченное очищаемое вещество 5 помещают в стеклянный вставной патрон 4, дно которого - фильтрующая пластинка 6. Затем в патрон наливают выбранный экстрагент, пока он не начнет стекать по сифону 7 в колбу 8 с капиллярами и не заполнит ее наполовину. После этого к сосуду 2 присоединяют обратный холодильник 1 и начинают нагревать колбу 8 в масляной бане или в колбонагревателе (см. рис. 118).
Пар экстрагента через трубку 3 попадает в обратный холодильник, из которого конденсат стекает на очищаемое вещество 5 и фильтруется через него, омывая почти каждую частицу. Проходя пористое дно 6 патрона, экстрагент поднимается между стенками патрона и сосуда 2. Частицы вещества оказываются под слоем экстрагента. Когда уровень его в патроне и между стенками патрона 4 и сосуда 2 достигнет уровня колена сифона 7, вся жидкость сбрасывается в колбу, и патрон снова начинает наполняться экстрагентом, стекающим из обратного холодильника 1.
Верхний уровень экстрагента в патроне должен быть на 5-10 мм выше уровня твердой фазы. Аппарат Сокслета работает много часов подряд. Конец экстракции примесей определяют качественным анализом пробы экстрагента, взятой пипеткой из верхней части патрона 4 через обратный холодильник или через пробоотборник 10 сифона 7. Если извлекаемое вещество обычных условиях является твердым, то пробу выливают на 4 совое стекло и выпаривают досуха. Отсутствие на стекле матового пятна или твердого остатка свидетельствует об окончании экстракции. Такое определение полноты извлечения примеси будет ошибочным, если твердая фаза хотя бы частично переходит в экстрагент.
Рис. 223. Приборы для твердофазной экстракции: аппарат Сокслета с патроном (а), экстрактор с сифоном (б) и аппарат Сокслета с пальчиковым холодильником (в):
в: 1 - пальчиковый холодильник; 2 - скошенное дно; 3 - сосуд; 4 - трубка; 5 - патрон; б-тампон из полимерной или стеклянной ваты; 7- колба
К недостаткам аппарата Сокслета относят неравномерность проникновения экстрагента в твердую фазу из-за каналообразования, отсутствие обогрева очищаемой твердой фазы, отказы сифона и различное время контакта с экстрагентом верхнего и нижнего слоев твердой фазы в патроне.
Существуют различные варианты конструкций аппаратов Сокслета. В одном из них (рис. 223, б) конденсат из обратного холодильника 1 (экстрагент), попадая через трубку 2 в склянку 3 постепенно поднимается снизу вверх через слой смеси твердых веществ и, когда отверстие 4 в сливной трубке 2 будет им открыто, он начнет подниматься по сливной трубке и сифону 5 до тех пор, пока не достигнет верхнего колена сифона, после него весь экстрагент из сосуда 3 перельется в колбу 7, и процесс экстракции снова повторится. Пар кипящего экстрагента попадает в холодильник 1 через паропровод 6.
Рис. 224. Перколяторы с воронкой (а), с вставным стаканом (б) и с пальчиковым холодильником (в): 6: I - холодильник; 2 - воротник для сбора влаги; 3 - сосуд; 4 - патрон с пористой пластинкой 5; в: I - пальчиковый холодильник; 2 - сосуд; 3 - вещество; 4 - пористое дно; 5 - кода. 6- колбонагреватель; 7- пористая пластинка
В этом аппарате экстрагент, стекающий из обратного холодильника, направляется сразу на дно сосуда 3 с очищаемым веществом и тем самым устраняется каналообразование в твердой фазе и каждая ее частица равномерно омывается экстрагентом.
Не наблюдается каналообразования и при использовании аппарата Сокслета другого типа (рис. 223, в). Пальчиковый холодильник 1 этого прибора имеет скошенное дно 2, позволяют конденсату стекать вниз только по стенке сосуда 3. На трубку слива экстрагента и выхода пара его из колбы 7 надет патрон 5 со смесью твердых веществ.
Зазор между трубкой 4 и патроном 5 внизу закрыт тампоном из стеклянной ваты или фторопластого волокна 6. Экстрагент, проходя этот тампон, поднимается в постепенно в патроне, извлекая по пути механические примеси твердой фазы. Достигнув верхнего среза трубки 4, он стекает в колбу 7. Эта трубка должна быть достаточно широкой, чтобы не препятствовать одновременному движению пара экстрагента и стекающего конденсата.
Перколяторы (проточные экстракторы). Перколяторы применяют для разделения механической смеси твердых веществ путем фильтрации экстрагента через эту смесь (перколяция - от лат. слова percolatio, означающего "процеживание, просачивание"). Экстрагент в процессе перколяции не задерживается в твердой фазе. Поэтому метод применяют для удаления из смеси твердых веществ примесей, хорошо и быстро растворимых в экстрагенте.
Наиболее простой перколятор состоит из воронки 1, сосуда 2 с пористым дном 5, на которое помещают смесь твердых веществ 4. Экстрагент подают каплями или тонкой струйкой из воронки на слой разделяемых веществ, проходя который экстрагент растворяет примеси. Смесь веществ загружают в перколятор слоями, разделяемыми друг от друга пористыми дисками 6 из полиэтилена или фторопласта для более равномерного распределения жидкой фазы по слою твердых веществ. Перед перколяцией смесь твердых веществ измельчают до размера частиц не более 0,1 - 0,2 мм. Скорость подачи экстрагента регулируют таким образом, чтобы за 1 ч из перколятора вытекало от 1/50 до 1/25 экстракта от объема твердой фазы.
При непрерывной перколяции пар кипящего экстрагента пропускают либо рядом с патроном 4 (рис. 224, 6) твердой фазы, либо через слой кристаллов 3 (рис. 224, в). Конденсат фильтруется через очищаемое вещество и стекает в колбу 5 с кипящим экстрагентом.