Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Июль » 22 » Классификация методов очистки
20:47
Классификация методов очистки

Для начала, выясним, чем отличается выделение вещества от его очистки. Методы в обоих случаях могут применяться одни и те же, разница только в исходном содержании целевого компонента. Если в смеси менее 50% интересного нам вещества, тогда речь идет о выделении данного вещества (например, из реакционной смеси или концентрата руды). Если целевого вещества в смеси более 50%, то речь идет об удалении примесей, то есть об очистке вещества. В последствии мы будем пользоваться термином "очистка”, подразумевая, что те же технологии можно использовать и для выделения вещества из смесей.

Все методы очистки вещества основаны на разнице в свойствах целевого компонента и примесей (температуры плавления или кипения, растворимость, сорбционная способность, полярность молекулы и др.). Выбор тех или иных методов основан, как на требуемой степени чистоты и свойствах конкретной пары вещество : примесь, так и на особенностях веществ и целях разделения. Наиболее часто встречающиеся цели разделения смесей: очистка сырьевого вещества от мешающих примесей для более "гладкого” протекания реакции с его участием, очистка от вредных примесей продукта реакции для повышения его потребительских качеств, анализ смеси веществ с целью установления количественного и качественного состава смеси.

Наиболее часто употребляемые методы очистки можно подразделить на:

{C}1.     {C}Основанные на разнице в растворимости (перекристаллизация, фильтрация), данная методика проста и дешева в исполнении, хотя позволяет эффективно разделять только вещества с сильно отличающимися характеристиками, для всех остальных приходится проводить многостадийную переработку.

{C}2.     Основанные на разнице в температурах плавления. Проведение процесса аналогично предыдущей технологии (фильтрация, вымораживание), но, вместо растворения, смесь подвергают плавлению до определенной температуры. Метод хорош для промышленного производства, так как позволяет обойтись без дорогостоящих, токсичных, огнеопасных, легколетучих растворителей. Недостатками таких методов является необходимости поддержания во всей массе вещества постоянной и весьма точной температуры, что мало применимо для небольших лабораторий. Кроме того, в отличие от методов, основанных на разнице в растворимости, данная методика может оказаться бесполезной в случае образования эвтектических смесей (нераздельно плавящиеся смеси, имеющие среднюю температуру плавления между температурами плавления компонентов).

{C}3.     Основанные на разнице в температуре кипения (перегонка, ректификация). Очень часто применяемые технологии, являющиеся одними из основных методик разделения жидкостей. Также как и в случае эвтектик, для некоторых смесей могут образоваться нераздельно кипящие смеси – азеотропные смеси. В этом случае, перегонка малоэффективна, так как отгоняться будет азеотроп (в некоторых случаях его состав близок к 50:50%, но может встретиться любое соотношение). Ректификация, в отличие от перегонки имеет принудительную подачу дистиллята в дефлегматор, что позволяет более эффективно обогащать отгон низкокипящим компонентом. Но, и ректификация, как правило, мало эффективна при разделении азеотропных смесей.

{C}4.     Основанные на различной сорбционной способности веществ (адсорбция, абсорбция). Эта группа методов часто используется в промышленности, так как позволяет разделять практически любые смеси. Основная проблема – подбор оптимального сорбента (поглотителя), обеспечивающего связывание одного компонента без взаимодействия с другим. При этом, сорбент должен быть дешевым, доступным, экологически безопасным, удобным в использовании, легко регенерироваться и обеспечивать автоматизацию процесса производства при высокой производительности. Адсорбция – процесс поглощения более полярных и высокомолекулярных примесей на поверхности твердой фазы, за счет снижения поверхностной энергии Гиббса. Используется как в промышленности, так и в лабораторной практике. Абсорбция – поглощение газообразных примесей объемом жидкости (или сжиженного газа), в этом случае происходит растворение газов, в том числе, с образованием химических связей (например, абсорбция аммиака из смеси углеводородов водой, или абсорбция водой диоксида углерода от воздуха и оксида углерода). Абсорбция используется в основном в промышленности. В отличие от химической нейтрализации, абсорбент можно регенерировать (вернуть первозданное состояние) физическим воздействием (как правило, это снижение давления или повышение температуры), при этом, поглощенные газы выделяются из раствора.

{C}5.     Основанные на разнице в полярности веществ (электрофорез, электролиз). Эти методы подразумевают различное поведение основного вещества и примесей в электрическом поле. При этом может происходить как электролиз (разложение) примесей электрическим током, так и перемещение полярных соединений в магнитном (магнитная сепарация) или электрическом поле (электрофорез). Электрофорез производится в установке, аналогичной электролизеру, но из-за меньшей напряженности электрического поля и меньшей полярности вещества происходит только перенос вещества в около электродную зону установки, без его химического изменения. Данные методы могут иметь самое различное аппаратное оформление, в том числе сочетать в одной установке несколько методов разделения одновременно.

{C}6.     Основанные на разнице в размере молекул (сорбция молекулярными ситами, хроматография). Эта группа методик имеет много общего с другими сорбциями, при этом, более сложна в механизме и понимании. Молекулярными ситами называют избирательные адсорбенты с достаточно высокой полярностью поверхности и заданной в узком интервале величиной микропористости. Поэтому, поверхность таких материалов обладает высокой сорбционной способностью, но, наиболее прочно закрепляются на поверхности молекулы и ионы, имеющие размеры, подходящие под величину микропористости поверхность. Хроматография является аналогичным, но более динамичным процессом, так как, вместо статичного насыщения всего объема сорбента, происходит перемещение малонасыщенного (смесью веществ) фронта растворителя через протяженный слой сорбента. При этом происходит различное удержание компонентов смеси, в зависимости от размеров, геометрии и полярности молекул. Растворители, в которых некоторые из компонентов смеси распадаются на ионы, лучше не использовать (если это возможно), это снижает точность процесса разделения. В отличие от адсорбции, хроматография имеет низкую производительность, зато позволяет разделять практически любые смеси с высокой точностью. Следовательно, хроматография применяется, в основном для анализа вещества, много реже, для выделения небольшого количества чистого вещества из сложной смеси. Почти ни когда не используется в промышленности.

Кроме этих методов существует множество других, более редко применяющихся, а также, гибридные методы. Жидкофазная экстракция является частным случаем абсорбции (в данном случае, переноса) вещества из одной жидкой среда в другую. Или, например, электрофорез можно совместить с ультрафильтрацией (наиболее экономически целесообразный метод опреснения питьевой воды). А ректификацию проводить при продувке установки инертным газом, одновременно удаляя легкокипящие примеси и снижая температуру кипения дистиллята.

Если все выше упомянутые физические и физико-химические методы очистки не приносят желанного результата, тогда применяют химические методы очистки. Химические методы очистки заключаются в нейтрализации (например, высаживанием или образованием более полярного соединения) примесей или целевого вещества с целью изменения его свойств для облегчения последующего выделения.

Химические методы очистки менее предпочтительны по экономическим и экологическим соображениям, так как требуют дополнительных стадий производства и регенерации данных реактивов. Иногда, регенерация может оказаться нецелесообразной из-за низкой токсичности продуктов нейтрализации примесей и их невысокой стоимости. В этом случае, продукты реакции, после отделения, подвергают утилизации (например, сжиганием или захоронением в почву на достаточную глубину. Подобные варианты являются нежелательными, так как, постепенно нарушают экологический баланс в природе. Следует находить промышленное применение подобным веществам (например, наполнитель железобетона, удобрение, сырье другой отрасли химической промышленности и др.).

На этом мы завершим поверхностное знакомство с основными методами очистки вещества. Подробнее каждый из них будет рассмотрен в отдельной беседе.

Категория: Очистка и выделение веществ | Просмотров: 1959 | Добавил: Chemadm | Теги: методы очистки, выделение чистых веществ | Рейтинг: 4.7/25
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]