Механический способ разделения смесей

Методы разделения смесей и очистки веществ

Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ.

Методы разделения смесей и очистки веществ

1. Разделение жидкостей

Перегонка – разделение жидкостей, различающихся по температуре кипения.

Перегонку проводят в приборе, состоящем из колбы Вюрца (или круглодонной колбы с газоотводной трубкой), прямого холодильника, колбы-приемника, аллонжа, термометра и нагревательного прибора. Смесь жидкостей нагревают в перегонной колбе до температуры кипения каждого компонента, пары отводят в холодильник и собирают сконденсировавшуюся жидкость в приемник, отдельно каждый компонент смеси.

Дистилляция – очистка воды от твердых примесей.

Загрязненную жидкость нагревают в перегонной колбе до температуры кипения, пары отводят в холодильник и собирают сконденсировавшуюся жидкость в приемник.

2. Разделение жидкостей и твердых веществ

Фильтрование – метод разделения жидкостей и твердых веществ.

Фильтрованием отделяют нерастворимые твердые вещества от жидкости.

Выпаривание – метод разделения жидкостей и твердых веществ.

Выпариванием отделяют воду от растворенных в ней веществ.

Декантация – с ливание жидкости с отстоявшегося осадка. К ней целесообразно прибегать в тех случаях, когда в сравнительно большом количестве жидкости находится немного твердого вещества, которое легко оседает на дно.

3. Разделение смесей твердых веществ

Отстаивание	Магнитная сепарация
Например, смесь хлорида натрия и карбоната кальция можно разделить растворением в воде и последующим отстаиванием	Например, смесь серы и железных опилок можно разделить с помощью магнита:

Сублимация (возгонка) — очистка твердых веществ, способных при нагревании переходить непосредственно из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую фазу. Образующийся газ конденсируется охлаждаемой частью прибора. Сублимацию обычно проводят при температуре, близкой к температуре плавления вещества. Возгонкой можно очистить йод, серу, хлорид аммония.

Перекристаллизация. При повышенной температуре готовят насыщенный раствор очищаемого вещества, затем для удаления нерастворимых примесей раствор фильтруют через воронку для горячего фильтрования и охлаждают до низкой температуры. При понижении температуры растворимость вещества понижается, и основная часть очищаемого вещества выпадает в осадок, растворимые примеси остаются в растворе.

Хроматография. Метод разделения и анализа смесей веществ, который основан на распределении веществ между двумя фазами – неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент).

Источник

Механические способы разделения веществ:

Разделение смесей веществ на отдельные компоненты представляет собой одну из важнейших базовых технологических операций в химическом процессе.

Большая часть природного сырья, как и продукты, получаемые в результате химических реакций, представляют собой смеси веществ, которые для дальнейшей обработки либо конечного использования необходимо разложить на их составные части.

Способы разделения и необходимые для этого машины и аппараты являются одной из важнейших проблем в химической промышленности. Если рассматривать материальную сторону этого вопроса, то по своей стоимости предназначенное для реализации процессов разделения оборудование зачастую занимает во всей химической установке самую высокую позицию.

Задача способов разделения состоит в том, чтобы выделить из смеси (системы) веществ один или несколько компонентов.

Решающим фактором при выборе того или иного способа разделения является агрегатное состояние компонентов смеси веществ и их химические и физические свойства. Поэтому для системного рассмотрения способов разделения принята классификация смеси веществ с учетом их агрегатного состояния (рис. 7-40, 7-41, верхний ряд).

Итак, различают смеси двух или более твердых веществ, смеси твердого вещества и жидкости, растворы, газовые смеси, газы с частицами твердых веществ или жидкостей, а также смеси двух или более жидкостей.

Разделение смесей веществ производится по принципу разных физических или химических свойств и с использованием разных механизмов разделения.

Чаше всего используются механические и термические способы.

При механических способах разделение осуществляется на основе разных физических свойств под действием механических сил.

Примеры. При сортировке разные по размеру частицы твёрдого сыпучего материала под действием силы тяжести разделяются на несколько груд с примерно равным размером частиц в каждой.

При центрифугировании содержащая частицы твёрдого вещества жидкость под действием силы тяжести разделяется на жидкость и твердую фракцию.

В случае термических способов разделение также происходит на основе разных физических свойств (в большинстве случаев с изменением агрегатного состояния), но путём нагрева или охлаждения.

Пример. При дистилляции смеси жидкостей разделение осуществляется посредством нагревания смеси и испарения компонента с более низкой температурой кипения.

Находят применение также способы, основанные на особых физических, химических или физико-химических свойствах.

Особые физические свойства — например различия в растворимости компонентов двухкомпонентной системы в определенном растворителе — используют, в частности, при экстрагировании.

В отличие от этого, избирательная реакционная способность в отношении определённых веществ основана на химическом воздействии, как это имеет место, например, при избирательной хемоадсорбции газовых составляющих под влиянием поверхностно-активных веществ.

Физико-химический механизм разделения действует в случае извлечения одной жидкости из другой. При этом одна жидкость смеси растворяется в растворителе и отделяется, в то время как другая жидкость не растворяется и остаётся.

Ряд способов разделения основан на электрических и магнитных явлениях.

Примеры. При магнитной сортировке смесь из разных частиц металла разделяется на магнитные и немагнитные металлы. При электростатическом удалении пыли из газов частицы пыли электрически заряжаются и затем отделяются под действием электростатических сил.

Одну и ту же задачу разделения можно иногда решить несколькими способами. В случае смесей веществ с твёрдой фракцией используются прежде всего механические и термические способы разделения. Для смесей жидкостей выбирают преимущественно термический и физико-химический механизмы разделения. Газовые смеси могут быть разделены только физико-химическими методами, а вот загрязненные газы — либо механическим, либо электрическим путем.

Какой способ разделения выбрать для решения конкретно поставленной задачи, зависит от многих признаков смеси, её отдельных компонентов и соответствующих условий производства. Предпочтение отдаётся способам, наиболее подходящим для достижения наилучшего разделения без чрезмерных затрат.

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