Proces de separare a suspensiilor - Reichelt Chemietechnik Magazin
Fiecare substanță care nu este o substanță pură este un amestec de substanțe. Deoarece foarte puține lucruri care ne înconjoară sunt substanțe pure, separarea amestecurilor de substanțe este, desigur, o sarcină de zi cu zi în laboratoarele chimice și, de asemenea, pe scară largă în industria chimică.
Unul dintre cele mai comune amestecuri de substanțe este suspensia. Reprezintă un amestec eterogen de lichid și particule solide nedizolvate, fin divizate.În acest articol oferim o prezentare generală a diferitelor opțiuni pentru separarea solidelor de lichide.
Cum puteți subdiviza amestecurile de substanțe?
Amestecurile de substanțe sunt împărțite în amestecuri eterogene sau multifazice și omogene sau monofazate. Amestecurile eterogene sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de dispersii. Am pus împreună o prezentare generală a celor mai importante amestecuri de materiale într-un tabel.
Portocaliu = eterogen, albastru = omogen
Amestecurile eterogene pot fi separate cu ajutorul metodelor mecanice, în timp ce acest lucru nu este posibil pentru amestecurile omogene. Desigur, un amestec de substanțe poate consta și din mai mult de două substanțe de bază. Pentru a le distinge, ele sunt numite binare (două substanțe), terțiare etc. De regulă, din motive de implementare mai simplă, componentele eterogene sunt mai întâi separate și apoi cele omogene.
Sedimentare - utilizarea gravitației
Probabil cea mai simplă metodă de separare a unei suspensii este sedimentarea. Permițând solidul să se stabilească, se obțin două faze, lichidul fiind de ex. poate scădea prin decantare.
Viteza de sedimentare depinde de vâscozitatea lichidului, de dimensiunea particulelor solide și de densitatea particulelor, motiv pentru care acest proces de separare poate dura mult timp. Sisteme mari sau bazine sunt utilizate industrial pentru sedimentare. Acestea se numesc - în funcție de dacă doriți să extrageți lichidul sau solidul - clarificator sau îngroșător.
Centrifugare - utilizarea diferențelor de densitate și a forței centrifuge
Centrifugarea este potrivită pentru accelerarea separării fazelor. Prin rotirea în jurul unei axe fixe, forța centrifugă este utilizată pentru a separa substanțele pure conținute în funcție de densitatea lor, prin care substanța cu cea mai mare densitate colectează cel mai departe de axa de rotație. Centrifugarea separă nu numai suspensiile, ci și emulsiile și amestecurile de gaze. Centrifugele de laborator pot fi găsite în multe laboratoare de tehnologie chimică și medicală. Tuburi de centrifugă adecvate sunt disponibile ca vase de inserție. Deoarece trebuie să reziste la forțe puternice, aceste recipiente de laborator sunt fabricate fie din sticlă armată, fie ca recipiente de unică folosință din plastic, cum ar fi polipropilena (PP).
Atunci când funcționați o centrifugă, trebuie remarcat faptul că este deosebit de important, la viteze de rotație ridicate, să setați o contragreutate cu o greutate cât mai similară cu proba care trebuie centrifugată pentru a evita un dezechilibru. Așa-numitele ultracentrifuge ating până la 500.000 rpm (de asemenea rpm, rotații pe minut). La viteze atât de mari, camera de centrifugă este evacuată pentru a minimiza fricțiunea aerului. După separare, lichidul supernatant poate fi îndepărtat, de exemplu prin decantare. La scară industrială, se utilizează separatoare, care funcționează practic ca o centrifugă. Nu au containere inserate, dar funcționează ca o mașină de spălat cu tambur fără găuri. Ca și în cazul centrifugei, suspensia este separată în funcție de densitatea sa.
Există separatoare care funcționează continuu, ceea ce înseamnă că suspensia este alimentată constant printr-o intrare și solidele separate și lichidul sunt îndepărtate prin ieșiri. Un separator special, continuu, este hidrociclonul, un separator centrifugal pentru emulsii și suspensii, în care un tambur nu este rotit, ci în schimb sunt generate vortexuri în suspensie.
Filtrare
Una dintre cele mai importante metode de separare pentru suspensii este filtrarea, deoarece este foarte simplă și eficientă. Profitând de faptul că solidele peste o anumită dimensiune nu pot trece prin porii filtrului, acestea sunt separate mecanic de o suspensie. Se face o distincție de bază între filtrele de suprafață și de adâncime. În filtrarea în adâncime, solidele care trebuie separate sunt colectate într-un mediu filtrant poros. În schimb, filtrarea de suprafață utilizează efectul de sită, astfel încât filtratul și solidele să fie separate pe o singură suprafață. Procesul de separare cel mai frecvent utilizat în laborator, filtrarea tortului, creează un reziduu pe filtru, așa-numitul tort filtrant.
Există o varietate de medii filtrante, dintre care filtrele cu membrană sunt cele mai frecvente în laboratorul chimic. Membranele filtrante pot fi formate din hârtie, folii din plastic sau țesături textile. Cea mai simplă structură pentru o filtrare este un suport pentru filtru de hârtie cu pâlnie, în care tortul filtrat și filtratul sunt separate cu ajutorul gravitației. Aplicând o suprapresiune pe partea de intrare sau un vid pe partea de scurgere, viteza de separare poate fi accelerată semnificativ.
Exemple simple din laborator sunt filtrele de seringă (suprapresiune) sau pâlnii Büchner în combinație cu o sticlă de aspirație (vid). Desigur, acest proces de separare nu poate fi folosit doar ca un lot, ci și continuu la concentrații scăzute de solide, de ex. atunci când se utilizează filtre de flux.
O altă formă de filtrare de suprafață este filtrarea cu flux transversal. Mediul de filtrat este pompat paralel cu filtrul, ceea ce împiedică acumularea unui tort de filtru. Solidul nu este complet eliberat de lichid, ci este doar îngroșat. De exemplu, prese de filtrare sunt utilizate industrial, care constau din plăci filtrante aliniate și sunt acoperite cu cârpe de filtrare. Prin comprimare, lichidul este împins afară, în timp ce solidul rămâne, care poate fi apoi golit.
Centrifuga cu filtru este o combinație de centrifugare și filtrare, prin care diferența de densitate nu este decisivă pentru separare. Forța centrifugă creează o suprapresiune care împinge lichidul prin filtru. Pentru centrifuga de laborator sunt disponibile inserții speciale de filtrare, care fac posibilă centrifugarea filtrelor chiar și la scară mică. Dacă particulele sunt greu de filtrat deoarece sunt prea mici sau dizolvate sub formă coloidală, se pot adăuga floculanți. Cu ajutorul lor, aglomerarea particulelor este promovată și astfel împiedică filtratul să conțină încă solide. În cazul solidelor care sunt greu de filtrat, cum ar fi nămolul, sunt adesea utilizate ajutoare de filtrare, de exemplu pentru a slăbi tortul de filtrare. Ajutoarele tipice pentru filtrare sunt kieselguhr, celuloză sau perlit.
Alte metode de separare
distilare: O opțiune nemecanică potrivită nu numai pentru soluții, ci și pentru suspensii este distilarea. Cu toate acestea, de regulă, distilarea nu este metoda aleasă, deoarece necesită o cantitate mai mare de muncă și consumă multă energie.
Flotație: Bulele de gaz aderă deosebit de bine la particulele hidrofobe, în urma cărora au o flotabilitate și plutesc pe suprafața lichidului sub formă de spumă cu care solidul poate fi îndepărtat. Acest proces este utilizat industrial pentru prelucrarea minereului sau pentru reciclarea hârtiei.
Separarea magnetică: Particulele feromagnetice fin divizate pot fi separate prin aplicarea unui câmp magnetic. Separatoarele magnetice sunt de ex. utilizat în geochimie și tratarea deșeurilor menajere.
Ce metodă de separare este cea mai potrivită pentru ce?
Ce proces de separare este cel mai potrivit în fiecare caz individual depinde de diverși factori, una dintre întrebările fundamentale fiind dacă solidul sau lichidul sau ambele ar trebui obținute ca produse finale. Nu este neobișnuit să se utilizeze mai multe metode de separare, fie ca o combinație directă, fie ca mai multe procese succesive.
De exemplu, în ingineria procesului cu cantități mari de lichid, o sedimentare simplă este adesea efectuată înainte de filtrare, fie pentru pre-purificarea lichidului, fie pentru concentrarea amestecului care urmează să fie filtrat. Deoarece există o multitudine de posibilități și diferite aparate pentru filtrare pe piață, atât pentru laborator, cât și pentru scara tehnică la scară largă, este adesea o sarcină solicitantă selectarea procesului de separare adecvat și a echipamentului potrivit, cum ar fi tipul de filtru potrivit, pentru problema separării respective.