Сущность процесса фильтрования. Виды и способы фильтрования.
Фильтрование – это процесс разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, которые пропускают жидкую или газовую фазу и задерживают твердую.
Аппараты, в которых протекает процесс фильтрования, называют фильтрами, а их основным элементом является фильтровальная перегородка.
Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений до и после фильтровальной перегородки (см. рис.1).
Давление перед фильтровальной перегородкой в точке 1, можно определить как:
, Па (1)
Давление после фильтровальной перегородкой в точке 2, можно определить как:
, Па (2)
Тогда движущая сила будет равна:
, Па (3)
Различают следующие виды фильтрования:
1 – фильтрование с образованием осадка (показан на рис.2);
2 – фильтрование с закупориванием пор;
3 – фильтрование промежуточных видов.
В зависимости от того каким образом создается разность давлений до и после фильтровальной перегородки выделяют следующие способы фильтрования:
1 – фильтрование с постоянной разностью давлений. В данном случае пространство над суспензией или под фильтровальной перегородкой соединяется соответственно с источником сжатого газа или вакуума, при помощи чего поддерживают постоянную разность давлений. При этом с течением времени скорость фильтрования уменьшается в следствии увеличения толщины слоя осадка на фильтровальной перегородке, т.е. из-за увеличения его сопротивления.
2 – фильтрование с постоянной скоростью фильтрования. В этом случае суспензия на фильтровальную перегородку подается при помощи поршневого насоса, при этом перепад давления с течением времени возрастает из-за увеличения сопротивления накопившегося осадка за счет роста его толщины. Следует отметить, что производительность поршневого насоса остается постоянной и не зависит создаваемого им давления.
3 – фильтрование с переменными скоростью фильтрования и разностью давлений. В данном случае суспензию на фильтровальную перегородку передают при помощи центробежных насосов, производительность и давление, которых зависит как от характеристик самого насоса, так и сети. (см. рис.3)
Наибольшее распространение в промышленности нашел способ фильтрования при постоянной разности давлений и вид фильтрования с образованием осадка.
При проведении фильтрования иногда используют вспомогательные фильтровальные вещества: азбест, активированный уголь, древесную муку.
Осадки бывают сжимаемыми и несжимаемыми. У несжимаемых осадков поразность не изменяется при повышении давления
Для более полного удаления фильтрата из осадка осуществляют процесс промывки. Промывку осуществляют двумя способами:
1 – вытеснением. Вытеснение фильтрата осуществляется водой. Для промывки растворяющихся в воде осадков применяют растворы солей или кислот.
2 – разбавлением. Применяется если осадки содержат растворимые примеси и невозможно использовать способ вытеснения. Осадок размешивают с промывной жидкостью в отдельном аппарате (промывателе), образовавшуюся суспензию сново отфильтровывают.
Источник
СПОСОБЫ ФИЛЬТРОВАНИЯ
Фильтрование можно проводить различными способами. Выбор способов фильтрования зависит, как уже упоминалось, от характера подлежащих фильтрованию жидкостей и свойств осадка, который нужно отделить от жидкости.
Фильтрование при обычном давлении
Этот способ фильтрования является наиболее простым и применяется очень часто. Для фильтрования по этому способу не требуется сложных приспособлений.
Вначале остановимся На фильтровании холодных растворов, так как с ними приходится работать чаще и больше всего.
Необходимой принадлежностью при фильтровании является воронка. Воронку укрепляют в кольце, присоединенном к обыкновенному или специальному штативу (рис. 362); в нее кладут фильтр из фильтровальной бумаги, который перед тем как наливать фильтруемый раствор, слегка смачивают чистым растворителем. Фильтр следует укладывать в воронку таким образом, чтобы край его не доходил до края воронки на 3—5 мм (рис. 363).
Условием быстрого фильтрования является наличие жидкости в трубке воронки. Для этого при смачиваний наливают в воронку растворитель выше края фильтра, а затем указательным пальцем захватывают фильтр, приподнимают его немного и быстро опускают, при этом в трубке почти всегда .образуется столб жидкости. Весьма часто для ускорения фильтрования удлиняют стеклянную трубку воронки, что может быть сделано при помощи резиновой трубки.
Для того чтобы трубка быстро наполнялась жидкостью, внутренний диаметр ее не должен превышать 3 мм. Образовавшийся столбик жидкости, спускаясь, действует как насос и тем ускоряет фильтрование. Наполнение трубки жидкостью облегчается, если трубка воронки имеет петлю (рис. .364). Такой удлиненный конец с петлей может быть приспособлен и к воронке с коротким концом при помощи резиновой трубки, снабженной зажимом.
Рис. 362. Деревянный штатив для воронок.
Рис. 363. Фильтрование через стеклянную воронку с плотнымым фильтром.
Если осадок нужно растворить на фильтре, то зажимом регулируют скорость вытекания фильтрата. Когда приходится сушить осадок вместе с фильтром в воронке, то резиновую трубку следует снять. Если между фильтровальной бумагой и стенкой во? ронки образуется прослойка воздуха (воздушный карман), фильтрование будет затруднено. Для удаления воздушного кармана внутри воронки создают небольшое давление. Воронку накрывают смоченным по краям куском фильтровальной бумаги и перевернутой воронкой такого же диаметра, как и первая, через трубку верхней воронки вдувают воздух или ртом или при помощи резиновой груши. Иногда воронку закрывают Ладонью и делают прижимающее движение, чем создают небольшое давление, обычно достаточное для того, чтобы устранить воздушный карман.
При аналитических работах, когда приходится отделять какой-нибудь осадок, бумажные фильтры делают небольшими, сообразуясь с количеством осадка, но не с количеством фильтруемой жидкости.
Необходимо помнить, что основная масса осадка должна заполнять фильтр не больше чем на 1/3 его высоты. При таком заполнении в фильтре остается достаточное пространство для воды, вводимой при промывке осадка.
При фильтровании прежде всего необходимо дать отстояться осадку в том сосуде, в котором он получен. После этого осторожно, не взмучивая осадок, сливают на фильтр отстоявшуюся жидкость. Удобнее всего это проводить при помощи стеклянной палочки.
Палочку прикладывают к стакану, в котором находится жидкость с осадком, длина свободного конца палочки должна быть не больше 6—7 см. Жидкости дают стекать по палочке, направляя поток ее не в середину фильтра, а немного в сторону, на стенку его, так, чтобы она попадала на ту часть фильтра, где находится тройной слой бумаги. Удобно стеклянную палочку прикрепить к стакану так, как показано на рис. 365. Можно заранее заготовить себе ряд так.их палочек, подобранных к стаканам, с ко-, торыми чаще всего приходится работать. Палочку прикрепляют резинкой, прочной ниткой или тонкой проволокой, например звонковой.
Когда основная масса жидкости будет пропущена через фильтр, осадок несколько раз промывают с применением декантации и затем переносят на фильтр.
На полноту перенесения осадка на фильтр нужно обратить самое серьезное внимание, так как большинство потерь при анализе объясняется неполным перенесением.
Для проведения аналитических работ нередко на фильтр для уменьшения его пор помещают мацерированную бумажную массу. Ее применяют при отфильтровываиии мелких осадков, таких, как BaS(D4, а также во многих других случаях (при определении кремневой кислоты, полуторных окислов и пр.).
Для изготовления мацерированной бумажной массы беззольные фильтры нарезают иа мелкие кусочки, помещают их в коническую колбу и заливают 0,5 и. раствором соляной кислоты. Массу нагревают до кипения и прибавляюх немного дистиллированной или деминерализованной воды и снова кипятят при постоянном помешивании стеклянной палочкой до тех пор, пока вся бумага ие превратится в однородную волокнистую массу. Эту массу разбавляют водой и отмывают от кислоты, используя воронку Бюхнера, до тех пор, пока промывные воды не будут показывать нейтральную реакцию. Пробу проводят с помощью лакмусовой бумаги или, взяв пипеткой 10 мл промывной воды, к ней прибавляют одну каплю фенолфталеина и одну-две капли 0,02 н. раствора NaOH. Если появится розовая окраска, это будет означать, что кислота отмыта полностью. Если же розовой окраски не будет, массу еще промывают.
Отфильтрованную и хорошо промытую массу переносят в колбу или склянку и разбавляют водой так, чтобы получилась однородная белая суснензия. Перед применением суспензию взбалтывают и отбирают необходимое количество ее. Мацерированная бумажная масса может храниться довольно долго.
Источник
Способы разделения смесей
Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.
| Способы разделения смесей | |
|---|---|
| неоднородных (гетерогенных) | однородных (гомогенных) |
| — Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование | — Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка) |
Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.
Отстаивание
Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.
Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.
Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):
На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.
Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:
Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.
Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):
Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).
Центрифугирование
Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.
Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.
Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.
С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.
Фильтрование
Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.
Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.
Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:
При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.
Действие магнитом
С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.
Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:
Выпаривание. Кристаллизация
Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.
Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:
Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.
Дистилляция (перегонка)
Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.
Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:
Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.
Источник
