Extrakce

1. Extrakce Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM

3. Náplň výuky (obsah hodiny) Extrakce Princip extrakce Extrakce z kapalin Extrakce z tuhých látek

4. Extrakceje difuzní operace, při které přecházejí extrahované látky (tuhé či kapalné) do dalšího rozpouštědla (extrahovadla), ve kterém jsou rozpustnější. • Podle toho, jak a z čeho extrahujeme, můžeme extrakci rozdělit na: • Extrakci z tuhých látek • Macerace – vyluhováváníz pevných látek studeným rozpouštědlem • Digesce – macerace horkým rozpouštědlem (příklad – vaření čaje) • Extrakce z kapalin • Vytřepávání – přerušovaná operace, při níž se do studeného rozpouštědla dostávají látky z lehčí (kapalina s nižší hustotou) nebo těžší kapaliny (s vyšší hustotou). Provádí se v dělicích nálevkách • Perforace – horkým rozpouštědlem (je účinnější) Extrakce [1] Obr. 1: rozpouštědla

5. Při extrakcipevných směsí (vyluhování) dochází k rozpuštění jedné složkypevné směsi ve vhodném kapalném rozpouštědle (extrahovadle), vzniklý roztok je extrakt, zbytek po vyluhování extrahované složky se označuje jako rafinát. Příkladem může být vyluhování olejebenzínem z olejnatých semen vyluhování cukru z nastrouhané cukrové řepy Extrakce pevných směsí [2] Obr. 3: melasa Obr. 2: cukrová řepa Obr. 4: vyluhování

6. Principem extrakce (vyluhování) je oddělování látky s větší rozpustnosti od látky méně rozpustné ve zvoleném rozpouštědle a její převedením do roztoku (extrakční rozpouštědlo, extrakční roztok). Látku je možné z roztoku následně získat např. odpařením rozpouštědla. Extrakce se používá v chemickém průmyslu k dělení směsí. Pro přetržité vyluhování se používá Soxhletův extraktor – historicky nejstarší extraktor nádobový extraktor – válcová nádoba s míchadlem Pro nepřetržité vyluhování se používá pásový extraktor – skrápěný perforovaný dopravník šnekový extraktor – extraktor proudí proti surovině dopravované šnekem Extrakce pevných směsí Obr. 5: extraktor LX575 RousseletRobatel

7. Soxhletův extraktor je přístroj (vynalezl v roce 1879 Franz von Soxhlet)původně určený pro extrakci lipidů z pevného materiálu. Soxhletův extraktor 1: míchadlo ( varné kamínky) 2: extrakční nádoba (objem rozpouštědla = 3 – 4 x objem Soxhletovy komory) 3: destilační cesta par 4: Soxhletovakomora 5: Extrahovaná látka (pevný zbytek) 6: sifon 7: přepad sifonu 8: přechodový nástavec 9: kondenzátor 10: vstup chladicí vody 11: výstup chladicí vody Obr. 6: Soxhletův extraktor

8. Vynalezl v roce 1879 Franz von Soxhlet 12. ledna 1848 v Brně  5. května 1926 v Mnichově Syn belgickéhoimigranta, chemii studoval v Lipsku, působil ve Vídni a v Mnichově. Obr. 8: Soxhletův extraktor Soxhletův extraktor Obr. 7: Franz von Soxhlet Obr. 9: Soxhletův extraktor – schéma

9. Do válcové nádoby opatřené míchadlem a perforovaným dnem se umístí tuhá látka a napustí extrahovadlo. Po vyluhování se extrakt vypustí dnem, zbytek (rafinát) vyhrne míchadlo po otevření bočního otvoru. Nádobový extraktor Obr. 10: nádobový extraktor – schéma Obr. 11: nádobový extraktor

10. Surovina se pohybuje po dopravníku tvořeném sítem a je sprchována rozpouštědlem (extrahovadlem), které postupuje pritiproudně (přívod na konci pásu, postupně se stává koncentrovanější, odvod extraktuna začátku pásu). Rafinát se ještě následně zbaví zbytku rozpouštědla odpařením. Pásový extraktor Obr. 12: pásový extraktor

11. Tvoří ho šnekové dopravníky, které posouvají surovinu při protiproudném průtoku extrahovadla. 1 – přívod suroviny 2 – odvod rafinátu 3 – přívod extrahovadla 4 – odvod extraktu 5 – páry extrahovadla 6 – ohřev Šnekový extraktor Obr. 13: schéma šnekového extraktoru Obr. 14: extraktor Morillon Obr. 15: jiný typ šnekového extraktoru

12. Extrakci použijeme tehdy, když není možno použít jinou metodu (např. destilaci pro malý rozdíl bodů varu či rozklad látky při zahřívání). Surovinu, která obsahuje látku (X) v rozpouštědle (R), smícháme s jiným rozpouštědlem – extrahovadlem (E). Použité rozpouštědlo (extrahovadlo) musí splňovat řadu požadavků: je selektivní (rozpouští látku, ale ne původní rozpouštědlo) je nemísitelné s původním rozpouštědlem (tvoří heterogenní směs) má výrazně odlišnou hustotu od původního rozpouštědla má nízký bod varu a dále pokud možno netvoří výbušnou směs, není jedovaté a je levné. Po smíchání přeje látka X z rozpouštědla R do extrahovadlaE (vznikne extrakt), zbylé rozpouštědlo R tvoří rafinát a díky nemísitelnosti je lze od sebe oddělit. Extrakce kapalných směsí [2] Obr. 16: extrakce

13. V extraktoru přejde látka X z původního rozpouštědla R do extrahovadlaE, a protože R a E jsou nemísitelné, spodem extraktoru se vypouští samotné původní rozpouštědlo R, zatímco vrchem extraktoru se odebírá extrakt (X rozpuštěné v E). Rektifikační kolony slouží k oddestilování extrahovadla, které se znovu použije v extraktoru. Schéma extrakce Extraktor Extrahovadlo E Extrakt X + E c Rektifikační kolona Rektifikační kolona Surovina X + R Rafinát R Oddělená Látka X Obr. 17: extrakce Původní rozpouštědlo

14. Extrakce se používá v chemickém průmyslu k dělení směsí. Důležité je rozptýlit extrahovanou kapalinu do malých kapek, jejichž velkým povrchem přechází oddělovaná látka do extrakční kapaliny. • Extrakce kapalných směsí se provádí třemi způsoby • stupňová extrakce – přetržitá s využitím gravitace • jednorázová(v jednom stupni) • vícestupňová (několik stupňů za sebou) • extrakce v kolonách – kontinuální s využitím gravitace Druhy extrakce kapalných směsí • extrakce odstředivých extraktorech – kontinuální s využitím odstředivé síly Obr. 18: multifunkční čínský extraktor

15. Jednostupňová (jednorázová) extrakce je nejjednodušší způsob. Extrakční zařízení tvoří: míchačka – smísení extrahovadla se surovinou v původním rozpouštědle usazovák – gravitační oddělení obou rozpouštědel s odlišnou hustotou Extrahovaná látka (X)přejde z původního rozpouštědla (R) do extrahovadla (E) Jednostupňová extrakce Surovina (X + R) Extrahovadlo (E) Extrakt (X + E) Míchačka Usazovák Rafinát (R) Obr. 19: extrakční stupeň Toto uspořádání tvoří jeden extrakční stupeň.

16. Jednostupňovou extrakcí se surovina (X) neoddělí dokonale, proto se řadí více stupňů za sebou – rafinát (R) z jednoho stupně se vede jako surovina do následujícího s čistým extrahovadlem (E). Vícestupňová extrakce postupná Každý další extrakt obsahuje méně extrahované látky. Nevýhoda – velká spotřeba extrahovadla. Surovina (X + R) Extrahovadlo (E) Extrakt (X + E) Extrahovadlo (E) Míchačka 1 Rafinát (R) Usazovák 1 Extrakt (X + E) Extrahovadlo (E) Míchačka 2 Rafinát (R) Usazovák 2 Extrakt (X + E) Obr. 20: třístupňová extrakce Míchačka 3 Rafinát (R) Usazovák 3

17. Surovina (X) a extrahovadlo (E) postupují proti sobě – surovina se zavádí do prvního stupně, extraktor do posledního. Na každém stupni část extrahované látky (X) přejde z rozpouštědla (R) do extrahovadla (E). Proti postupné extrakci mnohem menší spotřeba extrahovadla. V následujícím obrázku počet X je úměrný koncentraci látky. Vícestupňová extrakce protiproudá 1. stupeň 2. stupeň 3. stupeň R + XXX R + XX R + X R E + X E E + XXX E + XX Obr. 21: třístupňová protiproudá extrakce

18. Extrakční kolony mají tvar vysokých válců a extrakce v nich probíhá nepřetržitě vlivem gravitace. Princip: lehčí kapalina (kapalina s nižší hustotou – použito i dále) se přivádí spodem nádoby a stoupá vzhůru těžší kapalina (kapalina s vyšší hustotou – použito i dále) se přivádí vrchem a klesá dolu Kapaliny jsou vzájemně nemísitelné, jen extrahovaná látka postupně přechází z původního rozpouštědla do extrahovadla. Podle provedení jsou extrakční kolony sprchové patrové pulzační s mechanickým mícháním vibrační Extrakční kolony Obr. 22: laboratorní extrakce

19. Velmi jednoduchá, tvoří ji prázdná válcová nádoba. Těžká kapalina vyplňuje prstenec kolem středové trubky v horní části kolony, přes jejíž okraje přetéká dolů. Lehká kapalina je kuželovou sprchou rozváděna do spodního konce středové trubky, kterou stoupá vzhůru. Při protisměrném pohybu přechází extrahovaná látka do extraktoru. Sprchová extrakční kolona Těžká Lehká Lehká kapalina Těžká kapalina Směs obou Obr. 23: sprchová kolona

20. Jiné provedení sprchové extrakční sprchové kolony Sprchová extrakční kolona 1 - vstup těžší kapaliny 2 - výstup těžší kapaliny 3 - vstup lehčí kapaliny 4 - výstup lehčí kapaliny 5 – rozhraní kapalin Obr. 24: sprchová kolona

21. Válcová kolona obsahuje vodorovná patra nebo perforované přepážky. Při průchodu patry dochází k promíchávání a tím k intenzivnějšímu styku obou kapalin. Těžká kapalina se přivádí vrchem, lehká kapalina je přiváděna spodem. Patrová extrakční kolona Lehká kapalina Těžká kapalina Směs obou Obr. 25: patrová kolona

22. Jakékoliv dříve uvedené provedení (kolona patrová, náplňová, sprchová…), kde je ke dnu nádoby připojen pístový pulzátor. Pulzování kapaliny zajistí lepší styk obou fází. Pulzační extrakční kolona Lehká kapalina Těžká kapalina Směs obou Obr. 26: Pulzační kolona

23. Mezi patry vysoké válcové nádoby se otáčí lopatky míchadla, vzniklé turbulence zajistí lepší styk obou fází. Extrakční kolona s mechanickým mícháním Lehká kapalina Těžká kapalina Směs obou Obr. 27: kolona s mechanickým míchadlem

24. Děrovaná patra na společném táhlu konají vibrační pohyb – zlepšuje se styk obou fází. Extrakční vibrační kolona Lehká kapalina Těžká kapalina Směs obou Obr. 29: příklad vibračního mechanizmu Obr. 28: vibrační kolona

25. Pokud je jen malý rozdíl hustot, pak se k oddělení kapalných fází místo gravitace využívá odstředivé síly – odstředivé extraktory. Odstředivé extraktory Buben (může být vodorovný i svislý) s přepážkamiz perforovaného plechu (napomáhá míchání a tím je lepší styk mezi fázemi) má přívod těžší kapaliny do středu (gravitační síla ji žene k obvodu) a odvádí se z obvodu, lehčí kapalina se naopak přivádí na obvod a odvádí středem. Obr. 30: schéma odstředivého extraktoru

26. Kontrolní otázky: Co to je extrakce? Jak se provádí extrakce z tuhých látek? Jak se provádí extrakce z kapalin?

27. Seznam obrázků: Obr. 1: Organická rozpouštědla. In: ANALYTIKA, spol. s r.o. [online]. 2010 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.analytika.net/data/cz/chemie/organicka-rozpoustedla.php Obr. 2: AgriculturalResearchService, [online]. 2010 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:SugarBeet.jpg Obr. 3: Tractorboy60, [online]. 2010 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Molasses.JPG Obr. 4: vlastní Obr. 5: Extraktory LX. In: RousseletRobatel [online]. 2013 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.rousselet.cz/principy/principy2/pdf/X3-CZ.pdf Obr. 6: QUANTOCKGOBLIN. Soxhletextractor. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2006 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Soxhlet_extractor.svg Obr. 7: Anonym cca 1900. Franz von Soxhlet. In: Wikipedia[online]. 2012 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Franz_von_Soxhlet.jpg Obr. 8: Alex Tan. Soxhletextractor. In: Wikipedia: the free encyclopedia[online]. 2011 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Soxhlet_Extractor.jpg

28. Seznam obrázků: Obr. 9: Tomasz Dolinovski. Soxhletextractormechanism. In: Wikipedia: the free encyclopedia[online]. 2011 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Soxhlet_mechanism.gif Obr. 10: vlastní Obr. 11: Extracting tank. In: Tootoo [online]. 2008 [vid. 2013-02-20]. Dostupné z: http://www.tootoo.com/d-rp24565399-Straight_Cylinder_Style_Extracting_Tank/ Obr. 12: vlastní Obr. 13: HRANOŠ, Přemysl. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2001. ISBN 80-902155-7-2. Obr. 14: Morillon. In: Screw extractor [online]. 2012 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.directindustry.com/prod/morillon/screw-extractors-for-bulk-products-8167-20237.html Obr. 15: Direct industry: Screw extractor. In: MHE [online]. 2012 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.directindustry.com/prod/materials-handling-equipment-co/screw-extractors-for-bulk-products-63353-689715.html Obr 16: vlastní Obr. 17: vlastní

29. Seznam obrázků: Obr. 18: Multifunction Extracting Tank. In: Wenzhou Hongchang Machinery Manufacture [online]. 2008 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.tootoo.com/d-rp11232676-Multifunction_Extracting_Tank/ Obr. 19: vlastní Obr. 20: vlastní Obr. 21: vlastní Obr. 22: PRHaney. Extraktion. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online]. San Francisco (CA): WikimediaFoundation, 2009 [vid. 2013-02-17]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Separatory_funnel_with_oil_and_colored_water.jpg Obr. 23: vlastní Obr. 24: HOVORKA, F. Technologie chemických látek. Praha: VŠCHT, 2005, s. 30. ISBN 80-7080-588-9. Obr. 25: vlastní Obr. 26: vlastní Obr. 27: vlastní Obr. 28: vlastní Obr. 29: vlastní Obr. 30: vlastní

30. Seznam použité literatury: [1] Otevřená encyklopedie Wikipedie, [vid 26. 1. 2013], dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Destilace [2] Přemysl Hranoš, Stroje a zařízení v chemickém průmyslu, nakladatelství Pavel Klouda, Ostrava, 2001, ISBN 80-902155-7-2

31. Děkuji za pozornost 