Способы разделения дисперсных систем

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Разделение — дисперсная система

Разделение дисперсных систем жидкость-твердое тело во многом аналогично разделению систем газ-твердое тело, различие обусловлено лишь тем, что дисперсной средой служит жидкость, а не газ. В основном и в этом случае используют естественный отстой, отстой под действием центробежных сил и фильтрование. [1]

Разделение дисперсной системы газ-жидкость, в которой дисперсной фазой являются капли жидкости, называют каплеулав-ливанием, а соответствующие устройства — каплеуловителями. [2]

Разделение дисперсных систем под действием силы земного притяжения называют отстаиванием. Если дисперсная фаза ( взвешенные частицы или капли жидкости) имеет плотность выше, чем дисперсионная ( сплошная) фаза, то она движется вниз и, достигнув ограничительной поверхности, образует слой осадка или тяжелой жидкости и наоборот, если плотность дисперсной фазы меньше, то частицы всплывают. После разделения фаз они могут быть выведены из аппарата раздельно. Процесс отстаивания широко применяется в нефтегазопереработке и нефтехимии для обезвоживания и обессоливания нефти, отделения дистиллятов от воды после перегонки с водяным паром, очистки нефтяных топлив от загрязнений ( вода, частицы катализатора, продукты коррозии, соединения кремния, кальция, алюминия), отделения газа от жидкости в газосепараторах, очистки сточных вод от загрязнений ( нефть, нефтепродукты, нефтесодержащий шлам, избыточный активный ил, твердые механические примеси) и т.п. Важным показателем процесса отстаивания является скорость осаждения частиц под действием силы тяжести. [3]

Для разделения жидких дисперсных систем ( эмульсий) большой интерес представляют закономерности движения одиночной капли в жидкой среде и вертикальном направлении. В зависимости от соотношения плотностей капли и среды может происходить подъем или падение капли. [4]

В циклонах и гидроциклонах разделение дисперсных систем происходит более интенсивно, чем в отстойных аппаратах. Однако, они тоже пригодны лишь для улавливания сравнительно грубых частиц. Наиболее эффективными из них являются батарейные циклоны и батарейные гидроциклоны с элементами малого размера. [5]

Один из простейших приемов разделения дисперсной системы ( суспензии) на две-три фракции основан на процессе отмучивания. Этот процесс заключается в многократном взмучивании и осажде нии системы в течение одного и того же времени, за которое крупная фракция успевает осесть с определенной высоты столба суспензии. Верхнюю часть суспензии сливают до определенного уровня. Таким образом суспензию освобождают от мелкой фракции. Число операций определяется необходимой степенью разделения. [6]

Один из простейших приемов разделения дисперсной системы ( суспензии) на две-три фракции основан на процессе отмучива-ния. Этот процесс заключается в многократном взмучивании системы и осаждении частиц в течение одного и того же времени, за которое крупная фракция успевает осесть с определенной высоты столба суспензии. Верхний слой суспензии сливают до определенного уровня и таким образом суспензию освобождают от мелкой фракции. Число операций определяется необходимой степенью разделения. [7]

Центрифугирование, как эффективный способ разделения дисперсных систем , широко применяется в различных отраслях промышленности, в том числе и для переработки различных нефтеш-ламов. [8]

Разновидностью акустических методов являются методы ультразвукового разделения жидких дисперсных систем , которые сегодня достаточно многообразны. [9]

Болю метрические методы основаны на разделении дисперсной системы газ — жидкость на две макрофазы с последующим замером объема отделившейся газовой фазы. Их используют для определения воздуха во флотационной пульпе [324], маслах [325, 326], полимерных жидкостях [327] и др. Измерение можно проводить по разности уровней жидкости до и после дегазации. [11]

Жидкостные центробежные сепараторы — машины для разделения жидких дисперсных систем в поле центробежных сил. [12]

Жидкостные центробежные сепараторы — машины для разделения жидких дисперсных систем в поле центробежных сил. По технологическому назначению жидкостные центробежные сепараторы делятся на пять типов: сепараторы-разделители, очистители, очистители-разделители, сгустители, классификаторы. [13]

Жидкостные центробежные сепараторы — машины для разделения жидких дисперсных систем в поле центробежных сил. [14]

Жидкостные центробежные сепараторы — машины для разделения жидких дисперсных систем в поле центробежных сил. По технологическому назначению жидкостные центробежные сепараторы делятся на пять типов: сепараторы-разделители, очистители, очистители-разделители, сгустители, классификаторы. [15]

Источник

«Дисперсные системы. Способы и методы разделения дисперсных систем»

Конспект урока — семинара

«Дисперсные системы. Способы и

методы разделения дисперсных

учитель химии и биологии

Семинарское занятие по теме: «Дисперсные системы. Способы и методы разделения дисперсных систем».

Цель: — совершенствование практических умений и навыков по обращению с химическим оборудованием;

-систематизация знаний о дисперсных системах, о способах и методах разделения смесей веществ и выявление практического применения данного рода знаний в повседневной жизни;

-способствовать формированию навыков самообразования и умения работать в коллективе.

1)учащиеся должны знать:

-способы разделения смесей (перегонка, центрифугирование, дистилляция, отстаивание),

— дисперсную фазу и дисперсную среду некоторых дисперсных систем;

-решать расчетные задачи с использованием понятия «массовая доля растворенного вещества»,

-обращаться химическим оборудованием,

-находить и выявлять нужную информацию в различных информационных источниках.

Оборудование (на демонстрационном столе в отдельных лотках находятся либо отдельные части приборов, либо собранные приборы – зависит от уровня подготовленности учащихся): делительная воронка, химическая воронка, фильтр, предметное стекло (огнеупорное), стеклянная палочка, спиртовка, пробирки, магнит, лабораторные штативы (большой и малый),

смесь песка и поваренной соли, смесь подсолнечного масла и воды, смесь порошка железа и серы, учебник ( С. Химия. 11класс, базовый уровень, Е. Химия.8класс М., Просвещение, 1991; Г. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы М., «Новая волна»)

Формирование универсальных учебных действий на этапах урока-семинара.

Личностные УУД: развитие мотивационной сферы.

Регулятивные УУД: развитие навыков целеполагании.

II. Самостоятельная работа в группах.

Личностные УУД: формирование системы ценностей, индивидуального стиля и самостоятельности деятельности.

Регулятивные УУД: формирование личностных качеств: ответственности, самостоятельности, умения адекватно ставить цели.

Познавательные УУД: формирование методов познания «От теории к практике, от практики к теории».

Коммуникативные УУД: планирование учебного сотрудничества с

учителем и сверстниками, определение цели, функций участников, способов взаимодействия.

Это второй урок по данной теме. Учащимся заранее сообщаются вопросы практической и теоретической части семинара, подобные расчетные задачи и даются критерии оценки каждого задания. Особое внимание обращается на задания практической части. Назначаются консультации. Состав группы определяется либо учителем, либо самими учащимся; в группах желательно распределить обязанности сразу, может понадобиться помощь учителя. Для получения дополнительных баллов в группе предлагается ввести «должность эксперта», который совместно с учителем давал бы оценку ответам, задавал дополнительные вопросы, исправлял недочеты и ошибки в ответах представителей других групп. Дополнительные баллы можно заработать, составив презентацию по одной из тем:

2.Дисперсные системы в явлениях природы.

3.Тонкодисперсные системы. И т. д.

Задания к занятию.

I. Практическая часть. Вопрос: отчего зависит выбор способа разделения смесей? Найдите характеристику основных способов разделения смесей (перегонка, центрифугирование, дистилляция, отстаивание). Найдите способ:

1.разделить смесь песка и поваренной соли.

2.разделить смесь подсолнечного масла и воды.

3. разделить смесь порошка железа и серы.

4.получить дистиллированную воду.

-Правильно указано и собрано оборудование;

-правильно указана последовательность действий;

-правильно обоснован выбор способов разделения смесей (исходя из свойств компонентов смеси);

-чистота рабочего места. Итого 5 баллов.

Дополнительный вопрос. Что такое хроматография? Где применяется? (2балла)

II. Теоретические вопросы.

1.Какие методы разделения смесей применяются при очистке воды на наших очистных сооружениях? Какие методы очистки воды вы еще знаете? Сравните разные методы, дайте им свою оценку.

2.Что такое нефть? Какие принципы лежат в основе переработки нефти и разделении ее на фракции? Основные продукты переработки нефти. Современные проблемы использования нефти. Экологический аспект проблемы.

3.Что представляют собой с точки зрения знаний о дисперсных системах предложенные вам вещества? Укажите дисперсную среду и дисперсную фазу: — (а)молоко, тушь для ресниц, туалетная вода, конфеты «Птичье молоко»

— (б)гранит, губная помада, эмульсия, сухожилие

— (в)пористый шоколад, пена, кровь, крема.

4.Приведите примеры дисперсных систем, которые окружают нас в повседневной жизни. Укажите дисперсную среду и дисперсную фазу.

5.Какие методы разделения смесей используются в молочной промышленности? Для чего этот метод применяется в медицине?

Критерии оценки. В зависимости от полноты и правильности, ответ оценивается 1,2 или 3 баллами.

№1.Для консервирования нужно 200г 6%-ного раствора уксусной кислоты. В магазине продается 70%-ный раствор, объемом 200мл и плотностью 1,07 г/мл (эссенция). Сколько граммов эссенции нужно взять для консервации?

№2.Какая масса соли вводится в организм человека при вливании 500г физиологического раствора (0,9% раствор хлорида натрия)?

№3. Сколько граммов воды и нитрата натрия нужно взять, чтобы приготовить 80г 5% раствора соли? (1,2,3-треировочные)

№4. В 150г воды растворили 50г фосфорной кислоты. Какова массовая доля кислоты в полученном растворе?

№5. Сколько граммов йода и спирта нужно взять для приготовления 30г 5%-го раствора йодной настойки?

№6. Определите количество золота и серебра, которое содержится в обручальном кольце массой 3,75г и пробой 585 .

№7. В 180г 15%-го раствора гидроксида натрия растворили 20г щелочи. Рассчитайте массовую долю щелочи в полученном растворе.

№8. Слили два раствора серной кислоты: 240г 30%-го и 180г 5%-го. Рассчитайте массовую долю кислоты в полученном растворе.

№9. Из 250г 20%-го раствора хлорида калия выпарили 100г воды. Рассчитайте массовую долю кислоты в полученном растворе.

I. Вводная часть: мотивация и целеполагание (2мин.).-Сегодня у нас семинар по теме: «Дисперсные системы. Способы и методы разделения дисперсных систем». мы начнем наш урок не совсем обычным способом.

Сценка: девушка собирается на прогулку: красит ресницы, укладывает волосы с помощью мы начнем наш урок не совсем обычным сп лака, выпивает стакан молока.

-Как связано то, что вы увидели с темой семинара? (Все, что использовала девушка, относится к дисперсным системам).

II. Распределение заданий практической части, теоретической части и расчетных задач (вытягивается билет с номерами заданий).

Ш. Самостоятельная работа в группах (15 мин.)

IV Презентация результатов работы (18 мин.). От каждой группы выступают по 3 человека, задачи либо выносятся на доску (более сложные задачи), либо предъявляются записи в тетрадях.

V Оценочно-рефлексивный блок. — Давайте проанализируем вашу работу в группах. Старший ученик оценивает работу каждого члена в группе и предоставляет устный или письменный отчет (зависит от времени до конца урока).
-Все ли планируемые результаты обучения нами достигнуты?

-Согласны ли вы со своей оценкой за участие в работе группы?

-Что было для вас сегодня открытием?

-Что может пригодится в повседневной жизни?

Источник

С пособы разделения смесей (и гетерогенных, и гомогенных) основаны на том факте, что вещества, входящие в состав смеси, сохраняют свои индивидуальные свойства. Гетерогенные смеси могут различаться по составу и фазовому состоянию, например: газ+жидкость; твердое вещество+жидкость; две несмешивающиеся жидкости и др. Основные способы разделения смесей представлены на схеме ниже. Рассмотрим каждый способ отдельно.

Разделение гетерогенных смесей

Для разделения гетерогенных смесей, представляющих собой системы твердое тело- жидкость или твердое тело — газ, выделяют три основных способа:

• фильтрование,
• отстаивание (декантирование,
• магнитная сепарацияю

ФИЛЬТРОВАНИЕ

метод основанный на различной растворимости веществ и разных размерах частиц компонентов смеси. Фильтрование позволяет отделить твердое вещество от жидкости или газа.

Для фильтрования жидкостей можно использовать фильтровальную бумагу, которую обычно складывают в четверо и вставляют в стеклянную воронку. Воронку помещают в стакана, в который скапливается фильтрат — жидкость, прошедшая через фильтр.

Размер пор в фильтровальной бумаге таков, что позволяет молекулам воды и молекулам растворенного вещества беспрепятственно просачиваться. Частицы размером больше 0,01мм задерживаются на фильтре и не проходят сквозь него, таким образом формируется слой осадка.

Запомни! С помощью фильтрования нельзя разделить истинные растворы веществ, то есть растворы, в которых растворение произошло на уровне молекул или ионов.

Кроме фильтровальной бумаги в химических лабораториях используют специальные фильтры с

разным размером пор.

Фильтрование газовых смесей принципиально не отличается от фильтрования жидкостей. Разница заключается только в том, что при фильтровании газов от твердых взвешенных частиц (ТВЧ) используются фильтры специальных конструкций (бумажный, угольный) и насосы для принудительного прокачивания газовой смеси через фильтр, например фильтрация воздуха в салоне автомобиля или вытяжка над плитой.

Фильтрованием можно разделить:

• крупы и воду,
• мел и воду,
• песок и воду и т.д.
• пыль и воздух (различные конструкции пылесосов)

ОТСТАИВАНИЕ

Метод основан на различной скорости оседания твердых частиц с разным весом (плотностью) в жидкой или воздушной среде. Метод используют для разделения двух и более твердых нерастворимых веществ в воде (или другом растворителе). Смесь нерастворимых веществ помещают в воду, тщательно перемешивают. Спустя некоторое время вещества с плотностью больше единицы оседают на дно сосуда, а вещества с плотностью меньше единицы — всплывают. Если в смеси находится несколько веществ с разной силой тяжести, то в нижнем слое будут отстаиваться более тяжелые вещества, а затем более легкие. Такие слои тоже можно разделить. Раньше так выделяли крупинки золота из измельченной золотоносной породы. Золотоносный песок помещали на наклонный желоб, по которому пускали струю воды. Поток воды подхватывал и уносил пустую породу, а тяжелые крупинки золота оседали на дне желоба. В случае газовых смесей также происходит оседание твердых частиц на твердых поверхностях, например оседание пыли на мебели или листьях растений.

Данным методом можно разделять и несмешивающиеся жидкости. Для этого используют делительную воронку.

Отстаиванием можно разделить смеси:

• речного песка и глины,
• тяжелого кристаллического осадка от раствора
• нефти и воды
• растительного масла и воды и т.д.

МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ

Метод основан на разных магнитных свойствах твердых компонентов смеси. Данный метод используют при наличии в смеси веществ-ферромагнетиков, то есть веществ, обладающих магнитными свойствами, например железа.

Все вещества, по отношению к магнитному полю, условно можно разделить на три большие группы:

1. феромагнетики: притягиваются магнитом-Fe, Co, Ni, Gd, Dy
2. парамагнетики: слабо притягиваются-Al, Cr, Ti, V, W, Mo
3. диамагнетики: оттлакиваются от магнита-Cu, Ag, Au, Bi, Sn, латунь

Магнитной сепарацией можно разделить:

• порошок серы и железа
• сажу и железо и т.д.

Разделение гомогенных смесей

Для разделения жидких гомогенных смесей (истинных растворов) используют следующие методы:

• выпаривание (кристаллизация),
• дистилляция (перегонка),
• хроматография.

ВЫПАРИВАНИЕ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.

Метод основан на различных температурах кипения растворителя и растворенного вещества. Используется для выделения растворимых твердых веществ из растворов. Выпаривание обычно проводят следующим образом: раствор наливают в фарфоровую чашку и нагревают ее, постоянно перемешивая раствор. Вода постепенно испаряется и на дне чашки остается твердое вещество.

Кристаллизация — фазовый переход вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое.

При этом испаренное вещество (воду или растворитель) можно собрать методом конденсирования на более холодной поверхности. Например, если поместить холодное предметное стекло над выпаривательной чашкой, то на его поверхности образуются капли воды. На этом же принципе основан метод дистилляции.

ДИСТИЛЛЯЦИЯ. ПЕРЕГОНКА.

Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют не полностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара. Иногда требуется очистить растворители от примесей , например воду от соли. В этом случае растворитель следует испарить, а затем его пары необходимо собрать и сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой.

В природе вода в чистом виде (без солей) не встречается. Океаническая, морская, речная, колодезная и родниковая вода – это разновидности растворов солей в воде. Однако часто людям необходима чистая вода, не содержащая солей (используется в двигателях автомобилей; в химическом производстве для получения различных растворов и веществ; при изготовлении фотографий). Такую воду называют дистиллированной, именно ее применяют в лаборатории для проведения химических опытов.

Перегонкой можно разделить:

• воду и спирт
• нефть (на различные фракции)
• ацетон и воду и т.д.

ХРОМАТОГРАФИЯ

Метод разделения и анализа смесей веществ. Основан на разных скоростях распределения исследуемого вещества между двумя фазами — неподвижной и подвижной (элюент). Неподвижная фаза, как правило, представляет собой сорбент (мелкодисперсный порошок, например оксид алюминия или оксид цинка или фильтровальная бумага) с развитой поверхностью, а подвижная — поток газа или жидкости. Поток подвижной фазы фильтруется через слой сорбента или перемещается вдоль слоя сорбента, например по поверхности фильтровальной бумаги.

Можно самостоятельно получить хроматограмму и увидеть сущность метода на практике. Нужно смешать несколько чернил и каплю полученной смеси нанести на фильтровальную бумагу. Затем точно в середину цветного пятнышка начнем по каплям приливать чистую воду. Каждую каплю нужно вносить только после того, как впитается предыдущая. Вода играет роль элюэнта, переносящего исследуемое вещество по сорбенту — пористой бумаге. Вещества, входящие в состав смеси, задерживаются бумагой по-разному: одни хорошо удерживаются ею, а другие впитываются медленнее и продолжают некоторое время растекаться вместе с водой. Вскоре по листу бумаги начнет расползаться настоящая красочная хроматограмма: пятно одного цвета в центре, окруженное разноцветными концентрическими кольцами.

Особенно большое распространение получила тонкослойная хроматография, в органическом анализе. Достоинства тонкослойной хроматографии в том, что можно использовать простейший и очень чувствительный метод детектирования – визуальный контроль. Проявлять невидимые глазу пятна можно различными реактивами, а также используя ультрафиолетовый свет или авторадиографию.

В анализе органических и неорганических веществ применяют хроматографию на бумаге. Разработаны многочисленные методы разделения сложных смесей ионов, например смесей редкоземельных элементов, продуктов деления урана, элементов группы платины

СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

Способы разделения смесей, используемые в промышленности немногим отличаются от лабораторных способов, описанных выше.

Для разделения нефти чаще всего используют ректификацию (перегонку). Более подробно этот процесс описан в теме «Переработка нефти».

Самыми распространенными методами очистки и разделения веществ в промышленности являются отстаивание, фильтрация, сорбция и экстракция. Методы фильтрации и отстаивания проводятся аналогично лабораторным метода, с той разницей, что используются отстойники и фильтры больших объемов. Чаще всего, эти методы используются для очистки сточных вод. Поэтому рассмотрим подробнее методы экстракции и сорбции.

Термин «экстракция» приложим к различным фазовым равновесиям (жидкость – жидкость, газ – жидкость, жидкость – твердое тело и т.д.), но чаще его применяют к системам жидкость – жидкость, поэтому чаще всего можно встретить такое определение:

Экстракция -метод разделения, очистки и выделения веществ, основанный на процессе распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями .

Одним из несмешивающихся растворителей обычно является вода, вторым – органический растворитель, однако это не обязательно. Экстракционный метод отличается универсальностью, он пригоден для выделения почти всех элементов в различных концентрациях. Экстракция позволяет разделять сложные многокомпонентные смеси зачастую эффективнее и быстрее, чем другие методы. Выполнение экстракционного отделения или разделения не требует сложного и дорогостоящего оборудования. Процесс может быть автоматизирован, при необходимости им можно управлять на расстоянии.

Сорбция — метод выделения и очистки веществ, основанный на поглощении твердым телом (адсорбция) или жидкостью-сорбентом (абсорбция) различных веществ (сорбатов) из газовых или жидких смесей.

Чаще всего в промышленности методы абсорбции используют для очистки газовоздушных выбросов от частиц пыли или дыма, а также токсичных газообразных веществ. В случае поглощения газообразных веществ, между сорбентом и растворенным веществом может протекать химическая реакция. Например, при поглощении газообразного аммиака NH₃ раствором азотной кислоты HNO₃ образуется нитрат аммония NH₄NO₃ (аммиачная селитра), который можно использовать в качестве высокоэффективного азотного удобрения.

Процесс, при котором происходит абсорбция растворенного вещества за счет протекания химической реакции называется хемосорбцией.

Адсорбцию также используют для очистки воды от химических растворимых примесей. Например, фильтры для питьевой воды работают на принципе адсорбции слоем активированного угля с ионами серебра. Помимо поглощения всем объемом жидкого сорбента (абсорбции), и поверхностным слоем сорбента (адсорбции), выделяют также сорбцию твердого тела или расплава (окклюзию). При сорбции паров твердыми веществами часто происходит капиллярная конденсация.

Источник