Способы отделения примесей от жидкости

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

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

Очистка воды от примесей

Многие ошибочно считают, что ограничения СанПиН основаны на биологической потребности человека. На самом деле, их составляют исходя из экономических возможностей и технической оснащенности водоподготовки.

К тому же каждый из людей имеет массу индивидуальных особенностей. Что для одного подойдет, то другому нанесет вред: аллергия, заболевания органов и т.д. Даже если в нормах и учитывалось влияние химических веществ на организм, то брались данные для взрослого здорового человека. Ребенок или люди с хроническими заболеваниями должны обязательно пользоваться очисткой воды от примесей.

Хлор спас мира от эпидемий холеры. Но он является токсичным веществом и особенно опасен для астматиков и аллергиков. В воде могут образовываться соединения с хлором – хлороформ и др.

После всех очистки воды от примесей ее подает по старым ржавым трубам, что ведет к вторичному загрязнению: трехвалентным железом, ионами металлов и механическими примесями.

Как очистить воду от примесей?

Для каждого случая загрязнения предусмотрены свои способы очистки. Главное – знать, что следует убирать. Для этого проводят химический и бактериологический анализ воды. Максимальный результат достигается при системе из нескольких фильтров.

Механическая фильтрация

Механические фильтры являются самыми распространенными. Они задерживают нерастворенные частицы. Воду пропускают через «сито». Размер ячеек определяет уровень очистки. В воде преобладают примеси от 0,1 до 20 микрон. Гранулированный уголь с фракцией 0,1-1 мм способен хорошо очистить воду. Но в воде присутствуют микроорганизмы размером от 0,4 до 3 микрон.

Городские очистительные станции широко используют этот метод очистки.

В квартирах механические фильтры выполняют предварительную очистку, что бы снизить нагрузку на следующие этапы.

Ионный обмен

Представляет собой сорбцию ионов: фильтрующая масса поглощает одни ионы, а выпускает другие. Вредные заряженные частицы остаются в сорбенте, а безвредные оказываются в воде.

Сорбент называют ионообменным материалом (иониты). Обычно они работают на замещение солей (натрий замещает кальций и магний). Вода становиться более мягкой и не образует налета на нагревательных элементах. Используются для очистки воды от тяжелых металлов и нитратов, которые наносят вред организму.

Ионообменная смола характеризуется обменной емкостью – возможным количеством замещенных ионов. Ее преимуществом является способность к восстановлению.

Обратный осмос

Метод основан на использовании обратноосмотической мембраны. Через ее поры способны проходить только молекулы воды, а примеси остаются на поверхности. Вода становится почти дистиллированной, удаляется до 99% примесей.

После мембраны вода направляется в бак для сбора фильтрата, а концентрат солей смывается в канализацию.

Недостатком считается медленная работа, большой объем воды уходит в отходы (для очистки 1 литра тратиться более 5 литров канализационной воды).

Электрохимическая очистка

Вода подвергается воздействию сильного электрического тока, который вызывает окислительно-восстановительные реакции. При небольших финансовых затратах можно получить воду приемлемого качества.

Метод чаще используется на промышленных производствах, а не в быту. Очищает воду от микроорганизмов и органических веществ. Знать полный химический состав невозможно, поэтому никто не гарантирует, что продут нужные реакции. Повышается вероятность появление опасных соединений.

Дистилляция

Вода подвергается испарению, а потом пар конденсируют. выделяются твердые примеси и жидкости, имеющие другую температуру испарения. Вода становиться чистой, но очень дорогой. Используют в фармацевтической и химической промышленности.

В системе обязательно должен быть активированный уголь для удаления низкомолекулярную высоколетучую органику.

Кипячение

Кипячение является разновидностью стерилизации. Из воды полностью удаляются микроорганизмы, которые не переносят высоких температур. Удобен при обработке больших объемов воды.

В быту очистка воды осуществляется кипячением. Однако при своей эффективности, есть ряд недостатков:

• уменьшается концентрация солей;
• часть воды выкипает, а концентрация вредных примесей увеличивается;
• кипяченая вода не имеет вкуса и долго не храниться.

Как правильно кипятить воду? Если нужен кипяток, то достаточно довести ее до кипения. Если необходима очистка воды от примесей, то кипятят от 10 до 15 минут. Этого времени достаточно, что бы убить все микробы. Однако вирус Гепатита А гибнет только после 30 минут кипячения.

Вымораживание

Вымораживанием удаляются соли и твердые примеси. Чистая вода кристаллизуется быстрее, чем с примесями. Воду замораживают. Когда образуются кристаллики чистой воды, то незамерзшую жидкость сливают, а лед растапливают.

Следует следить, что бы вода не охлаждалась слишком быстро, а то замерзнет вместе с примесями.

Следует понимать, что полностью обессоленная вода не будет полезной.

Сорбция

Вода проходит через фильтр с сорбентом, который поглощает газы и твердые примеси. Наиболее распространенным сорбентом является активированный уголь. Он эффективен в удалении многих примесей.

Активированный уголь может быть природного и искусственного происхождения. Исходный материал подвергают обработке высокой температурой в присутствии кислорода. Для активации угля производят обработку водяным паром. Благодаря ей, сорбент увеличивает сваю активную площадь до 1,5 тысячи квадратных метров на 1 грамм. Множество пор разного размера позволяет любому виду примеси найти место.

Для очистки воды от примесей очень важной является скорость сорбции. Вода в фильтрующей массе находится недолго – несколько секунд. Нужно, что бы примеси успели осесть на активную поверхность. Добросовестные производители стремятся к увеличению времени контакта до 30 секунд. Достигается это более толстым слоем активированного угля для прохождения воды. При покупке фильтра обязательно обращайте внимание на скорость. Если в фильтре 100 грамм угля, то за минуту он должен пропускать только 1 стакан воды.

Блок безнапорной дегазации/аэрации в сборе.
Установка обезжелезивания воды HFI 1465 263 740. Загрузка сорбент АС и МС
Установка умягчения воды HFS 1044 255 760. По расходомеру. Смола Lewatit (ФРГ)
Солевой бак для установки умягчения.
Установка сорбционная HFK 1465 263 740. Загрузка активированный уголь.
Канализация свободного излива. Предоставляет заказчик.
Щит управления системой очистки. Входит в комплект п.1
Блок обеззараживания UV-12
Фильтр механической очискти Honeywell F76S 1″
Красный — базовая коплектация. Синий — дополнительное оборудование.

В очистке питьевой воды хорошие результаты показал кокосовый уголь. Он используется основными представителями фильтруемого оборудования.

Важна фракция угля: чем меньше размер частиц, тем больше активная площадь.

Активированный уголь удаляет органику и соединения хлора. Против тяжелых металлов и бактерий он малоэффективен.

Основные недостатки:

• быстро засоряется;
• является хорошей средой для размножения бактерий – следует вовремя его заменять;
• бактерицидной добавкой является серебро, которое токсично в больших количествах.

Сегодня на рынке можно встретить новый сорбент – карбонблок. Это спеченный активированный уголь с полиэтиленом. Получается монолитный блок с высокими сорбционными свойствами. Можно достичь пористость менее 1 микрона. Но он быстро забивается крупными частицами. Следует предусмотреть предварительную очистку воды от ржавчины, песка и глины.

Еще одной разновидностью являются активированные углеродные волокна. Это нити в диаметре до 10 микрон, которые в совокупности обеспечивают высокую скорость очистки воды. Молекула начинает «запутываться» среди волокон и застревает. Углеродные волокна значительно результативнее дробленого угля: выше скорость сорбции, больше сила связывания молекул и сорбционная емкость. Они являются идеальным вариантом для квартиры, где присутствует ограничение в пространстве.

Хорошая система очистки воды от примесей должна иметь умеренную стоимость, обладать хорошими потребительскими свойствами и выдавать чистую воду высокого качества. Следует предусмотреть фильтры для предварительной очистки, глубокой и конечной фильтрации.

Источник