Az elválasztási folyamatok és kémiai alkalmazásuk áttekintése a kémia hallgatói lexikon tanulási segédanyagaiban

A legtöbb szerves és szervetlen anyag természetesen keverékként fordul elő. A vegyiparban is az anyagok szintézisének kiindulási anyagai és reakciótermékei gyakran szennyezett anyagok. Ezért rendkívül fontosak az anyagok szétválasztására szolgáló eljárások. Meglepően gyakran találkozunk hasonló elválasztási folyamatokkal a mindennapi életben.
Az anyagkeverékek szétválasztása az érintett tiszta anyagok különböző fizikai és kémiai tulajdonságainak felhasználásán alapul.

Osztályvizsgálatok - alapanyagok és anyagkeverékek

# Keverék # keverék # külön # tiszta anyag # anyagok keveréke # homogén keverék # heterogén # homogén # megoldás # ötvözet # masszázs # fázishatárok

Homogén és heterogén keverékek

# Keverékek # keverékek # külön # tiszta anyag # anyagok keveréke

Vizes oldatok

# Megoldás # oldószer # sók # zsírok # részecskemodell # oldhatóság # szilárd anyagok # üledék # telített oldat

Szűrő

Alapelv: Anyagkeverékek elkülönítése különböző aggregátumállapotú anyagoktól a különböző szemcseméretek miatt

Ha a folyadékot el akarja választani a benne oldhatatlan szilárd anyagtól, a szűrést választják. A nagyon apró részecskékből álló folyadék minden gond nélkül átfolyik a szűrőpapíron vagy a szűrőkendőn (1. ábra). Ügyeljen a felhasznált szűrő pórusméretére. Marad az a nagyobb részecskékből álló szűrőmaradék.
A leírt egyszerű szűrés papírszűrővel hátrányos, mert nagyon lassan halad, és a folyadék mindig tapad a szűrőmaradékhoz. Ez javítható cumisüvegekkel és Büchner tölcsérekkel történő munkával.
Vákuumszivattyú és az ebből adódó negatív nyomás alkalmazásával a szűrés sokkal gyorsabb, és a szűrő maradékát a beszívott levegő megszárítja.

A szűrés bizonyos elválasztással további elválasztási lehetőségeket kínál Membránok nagyon kis pórusmérettel (molekulaszűrő). Például a vízmolekulákat vagy más kismolekulákat átengedik ezeken a szűrőkön, de a szennyeződéseket (néha még oldható sókat) megtartják.
Ennek a folyamatnak az alkalmazási területei például a tengervíz sótalanítása ivóvíz előállítása céljából, de a károsodott vesét szenvedő betegek vérének tisztítása dialízissel is. Az alkoholmentes sör előállításakor is az alkoholt membránon keresztül választják el.

Alkalmazási példák a folyadékok szűrésére:

A főzött tea és kávé szűrése
Szilárd és folyékony elválasztás a laboratóriumban vagy a technológiában szintetizált anyag előállítása céljából
Hidegen sajtolt olívaolaj szűréssel történő tisztítása
Tengervíz sótalanítása
Dialízis vesebetegeknél

Példák szilárd anyagok gázokról történő szűrésére:

Koromrészecskék elválasztása a dízelmotorok kipufogógázaitól koromrészecske-szűrőkkel
A pollen és más szilárd részecskék leválasztása a levegőről egy pollenszűrővel a légkondicionáló rendszerekben
A por és a finom por leválasztása porszűrőkkel a csúcstechnológiájú laboratóriumokban a forgácsgyártáshoz
A por és a levegő elválasztása a porszívó szűrőjén keresztül

Az alkalmazott üvegrúd megakadályozza az oldat kifröccsenését egyszerű szűrés során.

Dekantálás

Alapelv: Folyékony és benne oldhatatlan szilárd anyag elválasztása a különböző sűrűség miatt.

Ha egy oldhatatlan szilárd anyag leülepedett egy folyadék alatt, így két réteg képződik, a tetején lévő folyadékot (a felülúszót) gondosan le lehet önteni (2. ábra). A keveréket azonban dekantálással nem lehet teljesen elválasztani, mivel a folyadék egy része mindig tapad a szilárd anyaghoz, és gyakran néhány szilárd részecske is kimutatható a leöntött folyadékban.

Alkalmazási példák:

Az építkezésen a víz-homok keverékeket általában dekantálással (öntéssel) választják el
A csészében vagy az edényben főzött kávézacc vagy tea öntése
A minőségi borokat fogyasztásuk előtt dekantálják a jelenlévő üledék (fehér kő) elválasztása érdekében
Oldatot öntünk egy nehezen oldódó z csapadékra. B. Kalcium-karbonát a laboratóriumban

Dekantáláskor a felülúszó oldatot elválasztjuk szilárd üledéktől vagy nagyobb sűrűségű folyadéktól.

hét

Alapelv: Szilárd anyagok elválasztása a különböző szemcseméretek miatt

Az elválasztás úgy történik, hogy az anyagkeveréket egy vagy több szitára öntjük, meghatározott méretű lyukakkal (3. ábra). A rostálást általában a sziták rázásával gyorsítják fel.

Alkalmazási példák:

a kandallóban vagy a kályhában található rostély az üzemanyag és a hamu elválasztására szolgál
A finom homok és más komponensek arányának meghatározása egy talajmintában a minta szitázásával szitakészlet segítségével
Kavics és homok szétválasztása és megfelelő szemcseméretű megfelelő építőanyag előállítása
Az üledékek szitálása a régészeti feltárások során a kisebb leletek felkutatása céljából

A szitálás a szakterületen van, pl. B. fontos szintézisek kiindulási anyagainak elkészítése.

Centrifuga

Az eljárás elve: Nem elegyedő anyagok (többnyire szilárd/folyékony) elválasztása eltérő sűrűségük és az ebből fakadó centrifugális erők miatt

Ha egy oldhatatlan szilárd anyag nagyon finom eloszlású egy folyadékban, a szűréssel történő elválasztás gyakran alkalmatlan. A finom eloszlású szilárd anyag alacsony szűrési sebességgel eltömítené a szűrőpapír pórusait. Ebben az esetben centrifugát használnak. Ez az eszköz nagyszámú fordulaton keresztül centrifugális erőket generál, amelyek révén a szilárd részecskéket a kémcsövek aljára nyomják, és így elválnak a kémcsőben lévő folyadéktól (4. ábra). A kémcsövek eltávolítása után egyszerűen dekantálhatja a folyadékot.

Alkalmazási példák:

Centrifugálja a nedves ruhát (elválasztja a vizet)
Mézes méz, hogy elválassza a méhsejttől
A tejszín kivonása a zsír és a fölözött tej elválasztásával speciális berendezésekben (sovány leválasztók)
A sejtes vérkomponensek elválasztása a vérplazmától az orvostudományban
csapadék, például ezüst-klorid gyors leválasztása vizes oldatból

A forgó centrifugában található centrifugális erő a szilárd anyagok és folyadékok elválasztását sokkal hatékonyabbá teszi, mint egyszerű dekantálás esetén, ahol csak a gravitáció hat.

Letét

Az eljárás elve: Olyan anyagok (gyakran folyadékok) szétválasztása, amelyek a különböző sűrűség miatt nem oldódnak egymásban

Ha két folyadék oldhatatlan egymásban, akkor két fázis keletkezik, amikor elválnak. Az alsó réteg mindig a nagyobb sűrűségű folyadékot, a felső réteg az alacsonyabb sűrűségű folyadékot tartalmazza. Az ilyen anyagkeverékeket elválasztó tölcsér segítségével a laboratóriumban könnyen el lehet különíteni (5. ábra).

Alkalmazási példák:

A benzin/olaj maradványok és a víz elválasztása egy megfelelő szeparátor segítségével autómosókban
A zsírmaradványok és a víz elválasztása speciális zsírleválasztókkal a nagy konyhákban
A vizes mártás és a zsír leválasztása a mártásokban speciális serpenyők segítségével

Két oldhatatlan folyadék elválasztása tölcsér segítségével

Kivonat

Alapelv: Anyagkeverékek szétválasztása a benne lévő tiszta anyagok oldószerben való eltérő oldhatósága miatt

Az extrakció kihasználja a keverékben lévő komponensek különböző oldhatóságát egy megfelelő oldószerben (6. ábra). Az oldószereknek (víz, alkohol vagy más szerves oldószerek) az egyik komponenst a lehető legjobban, a másikat pedig a lehető legkevésbé kell feloldania. A kapott kivonat közvetlenül felhasználható vagy tovább feldolgozható, pl. B. az oldószer kinyerésével és az extraktumban lévő tiszta anyag elválasztásával. Ennek az az előnye, hogy a (gyakran drága) oldószert újra fel lehet használni.
Például az oldható szilárd anyagokat más szilárd anyagokból vagy folyadékokból extrahálhatjuk.

A szilárd-folyékony extrakció alkalmazási példái:

Tea vagy kávé (oldószeres víz) főzése
Cukor feloldása cukorrépából (oldószeres víz)
Gyógynövényekből készült gyógynövénykivonatok gyártása gyógyszerek előállítására (oldószerek gyakran alkohol)
Illatanyagok kivonása növényrészekből (pl. Rózsaszirom) szagtalan zsír segítségével (úgynevezett enfleurage)
A hidegen sajtolt olívaolaj gyártása során keletkező présmaradványok kezelése oldószerekkel - ez lehetővé teszi a maradék olaj visszanyerését is
Kávé koffeinmentesítése cseppfolyósított szén-dioxiddal nyomás alatt

Másrészt az extrakció a folyékony anyagok keverékét is elválaszthatja. Leginkább ezt az eljárást hívják a laboratóriumban "Kiráz" kijelölt. Erre a célra egy oldószert (extraktort) adnak az elegyhez, amelyben egy komponens jól oldódik. Erős rázással elválasztjuk a kívánt komponenst az eredeti keveréktől az oldószerben való feloldással. Két fázis kialakulása után a fázisok elválasztótölcsérben választhatók szét.

A folyadék-folyadék extrakció alkalmazási példái:

A zsír elválasztása az emulzióktól, például a tejtől, szerves oldószerek (pl. Lakkbenzin) alkalmazásával
Folyékony keverékek szétválasztása, amelyek nagyon hőérzékenyek, pl. B. a biotechnológiában
Benzol, toluol és xilol elválasztása aromás vegyületek petrokémiai előállításánál pirolízisbenzinből

Az összetevők kivonása a tealevelekből forró vízzel történő leforrázással

Csöpögtet

Alapelv: Folyékony anyag keverékek szétválasztása a különböző gőznyomás vagy forráspont miatt

A desztilláció során a keverékben lévő tiszta anyagok eltérő illékonyságát használják az elválasztásra. Ezek a keverékek oldatok (főleg folyékony anyagok keverékei vagy szilárd és folyékony anyagok keverékei). Desztillációs készülékben történő melegítéskor (7. ábra) az alacsonyabb forráspontú anyag először elpárolog, a hűtőn kondenzálódik, és egy gyűjtőedénybe gyűjthető. A keverékben lévő anyagok forráspontjának viszonylag messze kell lennie egymástól, hogy az eljárás felhasználható legyen.

Alkalmazás:

Illóolajok (illatanyagok) elválasztása a növényrészektől gőz desztillációval
Alkohol és víz szétválasztása nagy ellenálló képességű italok, például whisky és pálinka elkészítéséhez
A tengervíz sótalanítása megfelelő rendszerekben és az ivóvíz kinyerése
A szerves szintézis termékeinek tisztítása a laboratóriumban
A szennyezett oldószerek újrahasznosítása az iparban

A frakcionált desztilláció egy speciális változat, amelyet olyan anyagok elkülönítésére használnak, amelyek forráspontja közel áll egymáshoz (kb. 5-10 ° C). Itt a gőz nemcsak az alacsonyabb forráspontú anyagból áll, hanem a forráspont különbségétől függően többé-kevésbé nagy arányban vannak magasabb gőzpontú anyagok is.
A leválasztáshoz a desztilláló lombik tetejére helyezett oszlopot használunk. Ebben a gőz lassan lehűl és folyamatosan részben kondenzálódik.
Az emelkedő gőz most előnyösen az alacsony forráspontú anyagot veszi magával a futó kondenzátumból, és fordítva, a kondenzátum kimossa a magasabb forráspontú anyagot a gőzből. Ily módon az alacsonyabb forráspontú anyag egyre jobban felhalmozódik az oszlopban, és tisztán ledesztillálható.

A desztilláló lombik hőmérsékletének növelésével több anyag (frakció) desztillálható egymás után növekvő forráspont-sorozatban.

Alkalmazási példák:

Nyersolaj desztillálása és a különféle kőolajfrakciók visszanyerése további feldolgozás céljából
folyékony levegő frakcionált desztillálása a nitrogén és az oxigén mellett nemesgázok extrahálásához