Выделение и очистка твердых веществ

Для разделения твердых веществ могут быть применены рассмотренные нами ранее методы обогащения (по разности удельных весов; по различной степени смачивания поверхности флотореагентом и прочее.)

Разделение твердых веществ от жидкости производится:

а) отстаиванием

б) кристаллизацией

в) центрифугированием

г) фильтрацией

Рассмотрим эти методы.

Принцип отстаивания не нуждается в особых разъяснениях.

Метод кристаллизации основывается на различной растворимости веществ в специально подобранных растворителях или смеси растворителей. Этот специфический метод имеет вообще две стороны:

Кристаллизация может быть использована просто для выделения полученного вещества из раствора. Эта цель достигается понижением растворимости вещества – либо охлаждением раствора, либо упариванием раствора и таким образом повышением концентрации вещества до критической, при которой образуется так называемый насыщенный раствор, либо введением в раствор ещё одного растворителя, в котором выделяемое нами вещество плохо растворимо. Во всех этих случаях избыток растворенного вещества выделяется из раствора в виде кристаллов. Почему это происходит?

Известно, что растворимость веществ зависит от температуры. Понижая температуру раствора, мы доводим концентрацию вещества до критической и избыток его (при новой, пониженной температуре) начинает выделяться в виде кристаллов. Во втором случае, при упарке раствора, мы повышаем концентрацию вещества (из-за испарения растворителя) также до критической, и при охлаждении раствора (а может и без охлаждения), вещество выделяется в кристаллическом виде. В случае введения растворителя, ограниченно растворяющего наше вещество, казалось бы, концентрация вещества в растворе уменьшается, но растворимость снижается ещё больше и происходит так называемое в этом случае «высаливание» - выделение кристаллов вещества.

Кристаллизация применяется для очистки уже выделенных кристаллов от микропримесей. В процессе образования кристалла в него могут захватываться посторонние молекулы, то есть входить в сам кристалл, либо адсорбироваться на поверхности кристалла. В этом случае применяют перекристаллизацию из подходящего растворителя или используют принцип дробной кристаллизации, когда разделяемые вещества выкристаллизовываются из данного растворителя раздельно при разных температурах.

Обычно кристаллизация проводится в аппаратах периодического или непрерывного действия; растворитель удаляют упариванием и применением вакуума.

Центрифугированием отделяют от жидкости выделившееся твердое вещество. Воздействием на твердые кристаллы центробежной силы в специальных аппаратах непрерывного или периодического действия – центрифугах и промышленных сепараторах, достигается их разрушение.

Фильтрация - это пропускание раствора вместе с осадком через некую пористую перегородку. Размер пор подбирается таким образом, чтобы вся жидкость проходила, а кристаллы задерживались. В качестве фильтрующего материала могут использоваться зернистые вещества (песок обычный или кварцевый, уголь, мелкий гравий и так далее), специальные ткани (бязь, бельтинг), полимерные мембраны, металлические сетки.

Конструкции фильтров многообразны и зависят как от свойств фильтрующего материала, так и формы осадка. Фильтры бывают периодического и непрерывного действия, они работают чаще всего под повышенным давлением или под вакуумом.

 

Разделение жидких веществ

Главные методы разделения жидких веществ – это перегонка, ректификаця, хемосорбция.

Перегонка основана на различии упругостей (Р_нас) паров составных частей жидких смесей. Перегонка может осуществляться под атмосферным давлением, под вакуумом, с водяным паром. Применение разрежения или введение в перегонный куб водяного пара позволяет перегонять жидкости при температурах более низких, чем они кипят при атмосферном давлении. Перегонка в вакууме применяется тогда, когда температура кипения жидкости достаточно высока, и технически затруднительно осуществить перегонку при такой температуре или если перегоняемая жидкость разлагается при температуре кипения. В этих случаях ведут перегонку под вакуумом, при этом упругость пара перегоняемой жидкости быстрее (то есть при более слабом нагревании) достигает пониженного внешнего давления (точка кипения).

Перегонке с водяным паром подвергают обычно: жидкости, не смешивающиеся с водой. В этом случае пары жидкости уходят с водяным паром при температуре около 100°С в количествах, пропорциональных парциальным упругостям их паров.

Ректификация применяется для выделения веществ в более чистом виде и проводится в так называемых ректификационных колоннах. Здесь совмещаются два процесса – испарение и конденсация. В колонне на определенных расстояниях друг от друга укреплены перегородки («тарелки»), на которых находится жидкость, через которую барботируют поступающие снизу пары перегоняющейся жидкости.

Процессы хемосорбции заключаются во введении в разделяемую смесь жидкостей третьего, обычно жидкого, агента, способного каким-либо образом связываться с одним из компонентов разделяемой смеси. Такой метод применяется, например, при выделении дивинила из смеси с бутиленами. Дивинил при взаимодействии с аммиачным раствором солей закиси меди образует комплексные соединения. При последующем нагревании эти соединения распадаются с выделением чистого дивинила.

При очистке жидкостей от примесей применяют методы химического связывания нежелательных примесей. Так, кислые примеси нефтяных и других масел, сырого бензола и так далее отмываются щелочами, а примеси основного характера – кислотами. Кроме того, очистка жидкостей может осуществляться адсорбцией на твердых частицах. О ней мы уже говорили ранее.