химический каталог




ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ (пенное разделение), метод поверхностного разделения жидких гомог. систем или коллоидных растворов на обогащенные фракции или чистые компоненты путем непрерывного удаления из разделяемой системы искусственно созданной пены, состав которой отличается от состава объемной фазы. Для создания пены через разделяемую систему непрерывно пропускают пузырьки инертного газа, чаще всего - воздуха или азота. Эффект разделения достигается в результате неодинаковой способности молекул компонентов системы к адсорбции на границе раздела жидкость - газ, вследствие чего составы объемной фазы и поверхностных слоев различаются. В поверхностных слоях сосредоточиваются компоненты, обеспечивающие наим. свободный энергию системы и, следовательно, наиболее понижение поверхностного натяжения.

По технол. признаку ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. делят на флотацию ионов и молекул и флотацию дисперсий (см. Флотация). Принципиальное различие между ними состоит в том, что при флотации ионов и молекул имеются две фазы: раствор и пузырьки газа, а при флотации дисперсий-три: пузырьки газа, мелкие твердые частицы и жидкий раствор. Возможна также классификация ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. по выделяемым объектам: выделение ионов электролитов (например, выделение с применением ПАВ неорганическое ионов из очень разбавленый растворов с целью извлечения металлов или очистки воды от химический и радиоактивных загрязнений); выделение ПАВ (например, при разделении очень близких по строению ПАВ, таких, как додецилсульфат и додецилбензолсульфонат Na, при очистке от ПАВ пром. и бытовых стоков); выделение органическое B-B с низкой мол. массой (например, с целью очистки воды); выделение органическое B-B с большой мол. массой (например, разделение растворов белков); микрофлотация коллоидных частиц и микроорганизмов (например, с целью очистки стоков от вредных веществ).

Поскольку при ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. от исходной системы отделяют ее часть, образующую жидкую прослойку пены, на ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. влияют обычные характеристики пены: кратность пены l, удельная поверхность пены а, средний размер ячеек пены а. Их определяют из след, выражений:


где , -соответственно объемы пены и ее жидкой фракции, A-площадь поверхности всех ячеек пены, f-фактор формы ячеек пены. С этими величинами связаны основные характеристики эффективности процесса ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ С.-коэффициент распределения, фактор очистки и степень извлечения.

Коэф. распределения (или отношение обогащения) равен отношению , где и -соответственно молярная концентрация i-го растворенного вещества в пене и в растворе. Эта величина связана с d и l следующей уравением:


где Гi(n)-относит, адсорбция Гиббса i-го компонента (избыток числа молей i-го компонента на единицу поверхности раздела), компонент n-p-ритель. Gi(n) можно рассчитать по уравению адсорбции Гиббса, используя данные о концентрац. зависимости коэффициент поверхностного натяжения g и коэффициент активности (термодинамической) в растворе.

Фактором очистки называют величину Сi0/Ci - отношение начальной (Ci0) и конечной (Ci) концентраций i-го растворенного вещества в растворе. Фактор очистки связан с величинами а и Gi(n) соотношением:


где V0, V-соответственно начальный и конечный объемы раствора. Под степенью извлечения (в %) понимают отношение


На результат ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. влияют: 1) факторы, определяющие равновесное распределение компонентов между раствором и поверхностным слоем,-поверхностная активность компонента, температура, концентрация раствора, концентрац. зависимость коэффициент активности; 2) факторы, влияющие на скорость распределения компонентов между раствором и поверхностным слоем в стационарных условиях,-размеры пузырьков, распределение их по размерам в растворе, газосодержание раствора, высота столба раствора и пены, величина возврата части продукта, полученного разрушением пены.

Поверхностную активность i-го компонента в растворе характеризуют производной от поверхностного натяжения по молярной доле xi этого компонента-. Чем она выше, тем больше различие в составах поверхностного слоя и раствора. T. к. при выделении ионогенных или амфолитных ПАВ на их поверхностную активность влияет рН, то результат ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. может зависеть от рН. Однако возможен и др. механизм действия рН на ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с.

Повышение температуры в отсутствие химический реакций обычно снижает эффективность ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯс., так как способствует равномерному распределению вещества в пространстве, снижает поверхностную вязкость и устойчивость пены.

Существует верхний и (часто) нижний пределы концентраций выделяемого посредством ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. вещества. Верх. предел обусловлен возможностью создания развитой поверхности раздела фаз газ-жидкость, а в случае выделения ПАВ с помощью адсорбции на этой поверхности - процессом мицелло-образования. Положение ниж. концентрац. границы применимости ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. определяется поверхностной активностью веществ в области малых концентраций и устойчивостью пены, которая при уменьшении концентрации ПАВ снижается.

Дисперсность газовой фазы влияет на ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯс., так как от нее зависит время контакта пузырьков с раствором и удельная поверхность контакта фаз. Для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. благоприятно уменьшение размеров пузырьков. С ростом величины отношения расходов газа G и раствора L(a следовательно, и газосодержания) фактор очистки растет сначала быстро, при больших G/L рост сильно замедляется. Рост высоты и диаметра столба пены увеличивает время дренажа пены (истечение жидкости из жидкостных прослоек в пене под действием внешний силовых полей) и приводит к возрастанию концентрации продукта, содержащегося в пене. Применение возврата в аппарат для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. части пенного продукта улучшает разделение и позволяет при расчете таких аппаратов использовать методы расчета ректификац. колонн.

Пенные аппараты. Установки для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. состоят из одной или нескольких (в случае многоступенчатых установок) однотипных ячеек для разделения смеси. Принципиальная схема ячейки для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. обычно включает узлы, показанные на рис. 1. Осн. узел ячейки-разделит, аппарат 1, в котором контактируют потоки газа и жидкой смеси. В резервуаре 2 находится исходная смесь, в резервуаре 3-раствор реактивов, используемых при разделении (они обеспечивают переход выделяемых веществ в поверхностный слой и удержание остальных веществ в растворе, а также образование устойчивой пены). Узел 4-источник газа. В пределах этого узла газ проходит очистку и насыщение парами обрабатываемого раствора. В узле 5 происходит обработка пены-ее дренаж и разрушение с целью получения концентрата выделяемого вещества. Часто узел 5 объединен с аппаратом 1. Оставшаяся после обработки часть смеси в виде потока е поступает в сборник 6 или в следующей ступень очистки.

Исходная смесь может вводиться в аппарат 1 либо непосредственно, либо после смешения с потоком к.-л. реактива (поток в»). Последний вариант применяют в случае, когда при разделении используют медленные химический реакции. Потоков в может быть несколько: растворы пенообразователя, комплексообра-зователя, кислоты, щелочи или осадителя. Поток образующейся пены г и поток д, возникающий в результате естеств. дренажа или принудит, разрушения пены, могут протекать вне или внутри аппарата 1.

Для пром. практики обычно применяют установки непрерывного действия. Установки может быть без возврата и с возвратом части пенного продукта (в виде потока д, рис. 1). Применение возврата позволяет повысить концентрацию отбираемого пенного продукта. Одноступенчатые установки для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. (процесс проводят в одну стадию) состоят из одной элементарной ячейки типа, показанного на рис. 1. Многоступенчатые установки (для многостадийных процессов) состоят из нескольких элементарных ячеек. В них многократной обработке подвергают либо пенный продукт первой ячейки, либо выходящий из нее раствор в зависимости от того, что хотят получить - концентрат ценной примеси или очищенный от примеси раствор. Возможно и сочетание в одной установке обоих процессов.




В установках для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. применяют след, методы создания газовой дисперсии: барботажный - путем барботажа газа через пористые пластинки, системы капилляров или отдельные капилляры; механический - образование пузырьков достигается механические воздействием на жидкость (например, в результате ее интенсивного перемешивания); компрессионный - путем пересыщения жидкости газом под давлением с последующей дегазацией; электрохимический-образование газовой дисперсии происходит в результате электролиза раствора.

В лабораторная условиях чаще всего используют барботажный метод, в промышленных-обычно остальные. Мех. метод прост технически, но не обеспечивает хорошей очистки вследствие низкой дисперсности. Пересыщение жидкости газом под давлением эффективно при выделении коллоидных и грубодисперсных частиц, па поверхности которых выделяются пузырьки газа из пересыщ. раствора. Достоинства электро-литич. установок-их простота, возможность управлять размером пузырьков, изменяя потенциал на электроде, возможность получать системы с высокой дисперсностью газовых пузырьков. Осн. недостаток этих установок - загрязнение обрабатываемых растворов гидроксидами металлов, образующимися при растворении электродов.

При необходимости регулируемого возврата пенного продукта в аппарат (например, при выделении радиоактивных или ценных элементов из разбавленый растворов) используют колонные аппараты (рис. 2). Если же цель процесса - очистка стока, то регулируемый возврат не требуется и используют аппараты типа ванны (рис. 3).


В колонне исходную смесь вводят противотоком по отношению к газу либо в жидкость, либо в пену. Из разрушителя пены пенный продукт удаляется полностью или частично. В последнем случае часть продукта возвращают в колонну. При работе с ванной исходная смесь вводится через патрубок 1, а выходит из патрубка 4. Газ поступает в ванну через барботеры 3. Образующаяся пена удаляется (газом или скребками) в сборник пены, а затем в отстойник 5. Разрушение стойкой пены производят периодическим впрыскиванием пеногасителя. Для снижения турбулентности и увеличения времени контакта газа с жидкостью вдоль потока пузырьков и поперек потока жидкости устанавливают вертикальные пластины.


В пневмомеханические флотац. машине (рис. 4) диспергирование газа в камере осуществляют путем вращения ротора с конич. аэратором. В компрессионной установке для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с.


(рис. 5) исходный раствор из емкости 1 подается на очистку насосом 2 в камеры 4 многокамерного аппарата Для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. В камере насыщения 7 происходит насыщение очищенного раствора рабочим газом, который начинает вследствие снижения давления самопроизвольно десорбироваться после поступления раствора через аэраторы 5 в камеры аппарата 4.


Лабораторная установки (чаще периодической действия) для ПЕННАЯ СЕПАРАЦИЯ с. состоят из таких типовых узлов, как разделит. аппарат, узел подачи газа в аппарат, сборник и разрушитель пены.

Литература: Русанов А. И., Левичев С. А., Жаров В. Т., Поверхностное разделение веществ. Теория и методы. Л., J981. И. В. Чепура.


Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
обучение на монтаж газового оборудования
ручка скобаpasini semitondo art 0106 хром глянец 310 мм
Купить квартиру в жилом комплексе Арбат Тауэр
диагностика чиллера thermocold

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(19.11.2017)