ЭКСТРАКЦИЯ (от позднелат. extra-ctio - извлечение), экстрагирование, процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов).

Процесс Э. включает 3 последовательные стадии: смешение исходной смеси веществ с экстрагентом; механич. разделение (расслаивание) двух образующихся фаз; удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования. После механич. разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт) и остаток исходного раствора (рафинат) или твёрдого вещества. Выделение экстрагированного вещества из экстракта и одновременно регенерация экстрагента производится дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, высаливанием и т. п.

Достоинствами Э. являются низкие рабочие темп-ры, рентабельность извлечения веществ из разбавленных растворов, возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов, и азеотропных смесей, возможность сочетания с др. технологич. процессами (ректификацией, кристаллизацией), простота аппаратуры и доступность её автоматизации. Недостатком Э. в ряде случаев является трудность полного удаления экстрагента из экстрагируемых веществ.

Э. подчиняется законам диффузии и равновесного распределения.

Кинетика Э. описывается общим уравнением массообмена: М = KΔcFт, где М - кол-во экстрагированного вещества, К - коэффициент массопередачи, Δс - ср. разность концентраций экстрагируемого вещества в обеих фазах, F - величина межфазной поверхности, т -время.

Величина Δс однозначно определяется заданными концентрациями х, у и y_р, поэтому для достижения больших значений М стремятся увеличить К путём турбулизации потоков взаимодействующих фаз и F - путём диспергирования одной из фаз (экстрагента или исходного раствора) на мелкие капельки. Точное значение К пока не может быть рассчитано теоретич. путём, поэтому эффективность процесса Э. выражают, как и при ректификации или абсорбции, числом ступеней равновесия (идеальных тарелок). В случае частичной растворимости растворителя А и экстрагента С равновесие системы изображается в плоскости равностороннего треугольника. Каждой точке внутри треугольника соответствует тройная смесь, в к-рой концентрации компонентов А, В, С измеряются длинами перпендикуляров, опущенных на противолежащие стороны. Под кривой EG (бинодальной кривой) расположена область гетерогенных смесей , а над кривой - гомогенных растворов.

Процессы Э., поскольку в них чередуются акты смешения и расслаивания фаз, протекают только в гетерогенной области. Смешав исходный раствор с некоторым количеством экстрагента, получим тройную гетерогенную смесь Р, к-рая расслаивается на экстракт Q и рафинат R с концентрацией экстрагируемого вещества Ь. Если теперь смешать рафинат со свежей порцией экстрагента, получим новую гетерогенную смесь P₁, к-рая расслоится на экстракт Q₁ и рафинат R₁ с более низкой концентрацией b_t. Положение прямых Q.R и Q₁R₁, наз. конодами, определяется для каждой системы экспериментальным путём. Продолжая акты смешения и расслаивания, можно добиваться дальнейшего понижения концентрации компонента В в рафинате, т. е. повышения степени Э. Совершенно очевидно, что число построенных конод (их может быть сколько угодно) равно числу ступеней равновесия. В приведённом примере периодич. Э. после каждого акта смешения и расслаивания падает концентрация В как в рафинате, так и в экстракте. Для повышения концентрации вещества В в экстракте и большего его исчерпывания из рафината во мн. случаях прибегают к Э. с т. н. обратной флегмой. Сущность этого процесса сводится к частичному отделению экстрагента от экстракта и исходного растворителя от рафината и обратному возвращению долей этих фракций в аппарат навстречу уходящим потокам.

Для экстракционного разделения двух компонентов (B₁ и В₂), особенно с близкой растворимостью в исходном растворителе, часто используют два экстрагента с различной селективностью. Исходный раствор поступает в ср. часть экстрактора, один из экстрагентов - в верхнюю часть, другой - в нижнюю. В результате компонент B₁ переходит в фазу одного экстрагента, компонент В₂ - в фазу другого.

Наиболее эффективна непрерывная Э., осуществляемая в многоступенчатых аппаратах (экстракторах) при противотоке исходного раствора и экстрагента. В этом случае заданная степень Э. достигается при наименьшем расходе экстрагента. Многоступенчатые экстракторы обычно представляют собой вертикальные колонны, разделённые поперечными перфорированными тарелками, вращающимися дисками, мешалками и т. п. на ступени (секции). В каждой ступени происходит перемешивание взаимодействующих фаз и их расслаивание. Т. о., исходный раствор и экстрагент многократно перемешиваются и расслаиваются. Эффективность этих аппаратов оценивается кпд отдельных ступеней или высотой аппарата, эквивалентной одной ступени равновесия - теоретич. тарелке. Значит. распространение получили экстракторы ситчатые и с механич. перемешиванием. В ситчатых ступени разграничены перфорированными горизонтальными тарелками и сообщаются между собой переливными трубками. Одна из контактирующих жидкостей, проходя через отверстия тарелок, диспергируется, чем создаётся большая поверхность контакта с встречной жидкостью, протекающей по переливным трубкам в виде сплошной фазы. Экстракторы с механич. перемешиванием делятся на роторно-дисковые и с чередующимися смесительными и отстойными насадочными секциями. В роторно-дисковых экстракторах вращающиеся диски перемешивают и диспергируют жидкости, после чего они расслаиваются. В экстракторах со смесительными и насадочными секциями лопастные или турбинные мешалки размещены на общем вертикальном валу попеременно со слоями неподвижной насадки (кольца Рашига, спирали, пакеты сеток и пр.). Перемешанные жидкости, пройдя через слои насадки, расслаиваются. Применяются также экстракторы с непрерывным контактом взаимодействующих фаз (распылительные, насадочные), не разделённые на отд. ступени, их эффективность при достаточной высоте измеряется неск. ступенями. Распылительные экстракторы снабжены соплами, инжекторами и т. п. для диспергирования взаимодействующих жидкостей. Такие аппараты отличаются простотой и высокой производительностью, но сравнительно невысокой эффективностью. Несколько более эффективны, но менее производительны насадочные экстракторы, наполненные кольцами Рашига, кольцами Паля и др. Часто используются ящичные экстракторы, к-рые разделены вертикальными перегородками на ступени, каждая из к-рых состоит из смесительной и отстойной камер. Расположенные в смесительной камере турбинные мешалки перемешивают жидкости и одновременно транспортируют их из ступени в ступень.

Такие экстракторы могут работать при любом соотношении исходного раствора и экстрагента, сохраняя при этом рабочие концентрации жидкостей при прекращении процесса.

Для Э. неустойчивых соединений (напр., антибиотиков) используются центробежные экстракторы, ротор к-рых состоит из набора цилиндров, перфорированных с обоих концов, или спиральных лент. Исходный раствор и экстрагент движутся навстречу друг другу, причём более тяжёлая жидкость - от центра к периферии, а более лёгкая - в обратном направлении. Контакт жидкостей происходит на пути их движения, а диспергирование - при прохождении через перфорированные части цилиндров.

При Э. из твёрдых веществ в зависимости от конструкции используемого аппарата экстрагент проходит либо через слой неподвижной твёрдой фазы, либо перемешивается с нею, либо движется в противотоке к твёрдой фазе, перемещаемой различными транспортными устройствами. Применяется, напр., непрерывный противоточный экстрактор, где твёрдая фаза перемещается перфорированными шнеками вдоль U-образного цилиндрического корпуса навстречу экстрагенту. Экстракт отводится через процеживатель - цилиндрич. лист с вертикальными прорезями.

Э. широко применяется в хим., неф-теперерао., металлургич., фармацевтич., пищ. и др. отраслях пром-сти, напр, для извлечения ароматич. углеводородов из нефтепродуктов, масляных фракций из сернистых нефтей, фенола из сточных вод, антибиотиков из культуральных жидкостей, металлов (в т. ч. редких) или их соединений из руд, мн. природных органич. соединений из растит, сырья (сахара из свёклы и тростника, масла из соевых бобов и масличных семян, таннина из древесной коры, фармацевтич. препаратов из корней и листьев растений и т. п.).

Н. И. Гельперин, В. Л. Пебалк.

Э. в аналитической химии и р а д и о х и м и и. Для хим. анализа элементов, а также при разделении, концен-трировании и очистке радиоактивных изотопов наибольшее применение нашла Э. из водных растворов. Экстрагентами при этом служат спирты, кетоны, простые и сложные эфиры, амины, эфиры фосфорной к-ты, хелатообразующие соединения и др. Экстрагенты используют в смесях с разбавителями - жидкостями, к-рые служат для улучшения физ. (вязкость, плотность) или экстракционных свойств экстрагентов. Разбавителями могут быть керосин, бензол, хлороформ и т. п.

Осн. направления Э. в аналитич. химии следующие: 1) избирательное извлечение целевых элементов из смесей для количеств, анализа; 2) определение содержания примесей в исследуемых веществах, что особенно важно в технике получения особо чистых веществ. Достоинствами Э. в аналитич. химии являются: высокая избирательность, простота осуществления, универсальность (т. е. возможность выделения практически любого элемента). В радиохимии Э. используется гл. обр. для очистки различных радиоактивных веществ от примесей; извлечения и разделения радиоактивных изотопов из облучённых мишеней; выделения естеств. радиоактивных изотопов из различных объектов и т. д.

Достоинством Э. при работе с коротко-живущими радиоактивными изотопами является также экспрессность. В таких процессах экстрагенты должны обладать радиационной устойчивостью. Для обеспечения безопасности человека при Э. радиоактивных веществ применяют дистанционное управление.

Во мн. случаях использование Э. в аналитич. химии и радиохимии сочетают с др. методами (хроматографией, соосаждением, дистилляцией и т. д.).

С. С. Бердоносов.

Лит.: П р а т т Г. Р. К., Экстракция жидкость - жидкость в теории и практике, в сб.: Жидкостная экстракция, М., 1958; Фомин В. В., Химия экстракционных процессов, М., 1960; Моррисон Д ж., Фрейзер Г., Экстракция в аналитической химии, пер. с англ., Л., 1960; Экстракция в аналитической химии и радиохимии. [Сб. ст.], под ред. Ю. А. Золотова, М., 1961; Ш к о р о и а д Д. Е., Л ы с к о в ц о в И. В., Центробежные жидкостные экстракторы, М., 1962; Зюлковский 3., Жидкостная экстракция в химической промышленности, пер. с польск., Л., 1963; Трейбал Р., Жидкостная экстракция, пер. с англ., М., 1966; Броунштейн Б. И., Ж е л е з н я к А. С., Физико-химические основы жидкостной экстракции, М.- Л., 1966; 3 о л о т о в Ю. А., Кузьмин Н. М., Экстракционное концентрированно, М., 1971; Химия процессов экстракции, М., 1972; Аксельруд Г. А., Лысянский В. М., Экстрагирование, Л., 1974.

По материалам БСЭ.