Процес за разделяне на суспензиите

Всяко вещество, което не е чисто вещество, е смес от вещества. Тъй като много малко неща, които ни заобикалят, са чисти вещества, разделянето на смеси от вещества, разбира се, е ежедневна задача в химическите лаборатории, а също и в голям мащаб в химическата промишленост.

Една от най-често срещаните смеси от вещества е суспензията. Представлява хетерогенна смес от течност и неразтворени, фино разделени твърди частици.В тази статия ние даваме преглед на различните опции за отделяне на твърди вещества от течности.

Как можете да подразделите смеси от вещества?

Смесите от вещества се разделят на хетерогенни или многофазни и хомогенни или еднофазни смеси. Хетерогенните смеси са известни още като дисперсии. Събрахме преглед на най-важните смеси от материали в таблица.

Оранжево = хетерогенно, синьо = хомогенно

Хетерогенните смеси могат да бъдат разделени с помощта на механични методи, докато това не е възможно за хомогенни смеси. Разбира се, смес от вещества също може да се състои от повече от две основни вещества. За да ги различават, те се наричат бинарни (две вещества), третични и т.н. По правило, за по-просто изпълнение, хетерогенните компоненти първо се разделят, а след това хомогенните.

Утаяване - използване на гравитацията

Вероятно най-простият метод за отделяне на суспензия е утаяването. Чрез оставяне на твърдото вещество да се утаи, се получават две фази, като течността тогава е напр. може да намалее чрез декантиране.

Скоростта на утаяване зависи от вискозитета на течността, размера на твърдите частици и плътността на частиците, поради което този процес на разделяне може да отнеме много време. Големи системи или басейни се използват промишлено за утаяване. Те се наричат - в зависимост от това дали искате да извлечете течността или твърдото вещество - избистрящо средство или сгъстител.

Центрофугиране - използване на разликите в плътността и центробежната сила

Центрофугирането е подходящо за ускоряване на разделянето на фазите. Чрез въртене около неподвижна ос, центробежната сила се използва за отделяне на съдържащите се чисти вещества според тяхната плътност, при което веществото с най-голяма плътност се събира най-отдалечено от оста на въртене. Центрофугирането отделя не само суспензии, но и емулсии и газови смеси. Лабораторни центрофуги могат да бъдат намерени в много лаборатории за химически и медицински технологии. Подходящи епруветки за центрофуги се предлагат като вложки. Тъй като трябва да издържат на силни сили, тези лабораторни контейнери са направени или от подсилено стъкло, или като контейнери за еднократна употреба, изработени от пластмаси като полипропилен (PP).

Когато се работи с центрофуга, трябва да се отбележи, че е особено важно при високи скорости на въртене да се настрои противотежест с тегло, което е възможно най-подобно на пробата, която трябва да се центрофугира, за да се избегне дисбаланс. Така наречените ултрацентрифуги достигат до 500 000 оборота в минута (също обороти в минута, обороти в минута). При такива високи скорости камерата на центрофугата се евакуира, за да се сведе до минимум триенето на въздуха. След отделянето, супернатантната течност може да бъде отстранена, например чрез преливане. В голям мащаб се използват сепаратори, които по принцип функционират като центрофуга. Те нямат вмъкнати контейнери, но работят като пералня с барабан без дупки. Както при центрофугата, суспензията се отделя според нейната плътност.

Има сепаратори, които работят непрекъснато, което означава, че суспензията постоянно се подава през входа и отделените твърди и течни се отстраняват през изходите. Специален, непрекъснат сепаратор е хидроциклонът, центробежен сепаратор за емулсии и суспензии, при който барабанът не се върти, а вместо това се образуват вихри в суспензията.

Филтрация

Един от най-важните методи за разделяне на суспензиите е филтрирането, тъй като е много просто и ефективно. Като се възползват от факта, че твърдите вещества с определен размер не могат да преминат през порите на филтъра, те се отделят механично от суспензия. Прави се основно разграничение между повърхностни и дълбочинни филтри. При дълбока филтрация твърдите вещества, които трябва да се отделят, се събират в пореста филтърна среда. За разлика от това, повърхностната филтрация използва ситовия ефект, така че филтратът и твърдите вещества се разделят на една повърхност. Процесът на разделяне, най-често използван в лабораторията, филтриране на торта, създава остатък върху филтъра, така наречената филтърна торта.

Съществуват разнообразни филтърни среди, от които мембранните филтри са най-често срещани в химическата лаборатория. Филтърните мембрани могат да се състоят от хартия, пластмасови филми или текстилни тъкани. Най-простата структура за филтриране е държачът на филтър за хартия с фуния, в който филтърната торта и филтратът са разделени с помощта на гравитацията. Чрез прилагане на свръхналягане отстрани на входящия поток или вакуум отстрани на дренажа, скоростта на разделяне може да бъде значително ускорена.

Прости примери от лабораторията са спринцовъчните филтри (свръхналягане) или фуниите на Büchner в комбинация с смукателна бутилка (вакуум). Разбира се, този процес на разделяне може да се използва не само като партида, но и непрекъснато при ниски концентрации на твърдо вещество, напр. при използване на поточни филтри.

Друга форма на повърхностна филтрация е филтрирането с кръстосан поток. Филтрираната среда се изпомпва успоредно на филтъра, което предотвратява натрупването на филтърна торта. Твърдото вещество не се освобождава напълно от течността, а само се сгъстява. Например индустриално се използват филтър-преси, които се състоят от подредени филтърни плочи и са покрити с филтърни кърпи. Чрез компресиране течността се изтласква, докато твърдото вещество остава, което след това може да се изпразни.

Филтърната центрофуга е комбинация от центрофугиране и филтриране, при което разликата в плътността не е определяща за разделянето. Центробежната сила създава свръхналягане, което изтласква течността през филтъра. Предлагат се специални филтърни вложки за лабораторната центрофуга, които правят филтриращо центрофугиране възможно дори в малък мащаб. Ако частиците са трудни за филтриране, защото са твърде малки или са разтворени по колоиден начин, могат да се добавят флокуланти. С тяхна помощ се насърчава агломерацията на частиците и пречи на филтрата да съдържа все още твърди вещества. В случай на твърди вещества, които са трудни за филтриране, като утайки, често се използват филтърни помощни средства, например за разхлабване на филтърната утайка. Типични помощни средства за филтриране са кизелгур, целулоза или перлит.

Други методи за разделяне

дестилация: Немеханична опция, която е подходяща не само за разтвори, но и за суспензии, е дестилацията. По правило обаче дестилацията не е избраният метод, тъй като изисква по-голямо количество работа и е енергоемка.

Флотация: Газовите мехурчета се прилепват особено добре към хидрофобните частици, в резултат на което те са плаващи и плават на повърхността на течността като пяна, с която твърдото вещество може да бъде отстранено. Този процес се използва промишлено за преработка на руда или за рециклиране на хартия.

Магнитно разделяне: Фино разделените феромагнитни частици могат да бъдат разделени чрез прилагане на магнитно поле. Магнитните сепаратори са напр. използва се в геохимията и третирането на битови отпадъци.

Кой метод за разделяне е най-подходящ за какво?

Кой процес на разделяне е най-подходящ за всеки отделен случай зависи от различни фактори, като един от основните въпроси е дали твърди или течни или и двата трябва да се получат като крайни продукти. Не рядко също има смисъл да се използват няколко метода за разделяне, или като директна комбинация, или няколко последователни процеса.

Например при технологичното инженерство с големи количества течност често се извършва обикновено утаяване преди филтриране, или за предварително пречистване на течността, или за концентриране на сместа, която трябва да се филтрира. Тъй като на пазара има множество възможности и различни апарати за филтриране, както за лабораторията, така и за мащабния технически мащаб, често е трудна задача да се избере подходящият процес на разделяне и правилното оборудване, като подходящия тип филтър, за съответния проблем на разделяне.