Elválasztás (folyamattervezés)

A elválasztási eljárást használ a különböző fizikai és kémiai tulajdonságai a vegyes anyagok elválasztani őket egymástól. Az anyagkeverékek szétválasztása az egyik legfontosabb eljárási művelet. A legtöbb alapanyag és a kémiai reakciók termékei keverékek. Ezeket a további feldolgozáshoz el kell különíteni.

A szennyvízkezelés és az újrafeldolgozható anyagok válogatása könnyű és összetett csomagolásból ( sárga zsák ) szintén az elválasztási folyamat közé tartozik. A kohászatban a fémek olvadék formájában történő elválasztását a finomítás szakkifejezés foglalja össze.

fontosságát

Az elválasztási folyamatoknak nagy gazdasági jelentőségük van, mivel ezek felelősek a felhasznált tőke és az ipari termelés működési költségeinek 40-90% -áért . Az alkalmazott elválasztási eljárások magukban foglalják a mosást, az extrakciót, a préselést, a szárítást, a derítést, a bepárlást, a kristályosítást és a szűrést. Számos elválasztási folyamatot hajtanak végre egymás után. Az elválasztási folyamatoknak különböző funkciói vannak:

  • Nyersanyagok és termékek tisztítása, valamint a melléktermékek szétválasztása
  • Oldószerek és reagálatlan reagensek ( nyersanyagok ) újrafeldolgozása
  • Szennyező anyagok eltávolítása a szennyvízből és a levegőből

Osztályozás

A heterogén keverékeket (például folyékony és szilárd anyagokat ) mechanikus elválasztási eljárásokkal , például szűréssel vagy centrifugálással lehet elválasztani . A homogén keverékeket molekulaszeparációs eljárásokkal lehet elválasztani. A molekuláris szétválasztási folyamatok egyensúlyi alapúak vagy sebesség-vezéreltek. Az egyensúlyi elválasztási folyamatokban két különböző összetételű , nem elegyedő fázis képződik, erre példa a desztilláció (desztilláció során a gőz összetétele eltér a folyadéktól). A sebesség-vezérelt folyamatok a vegyületek közegen keresztüli különböző szállítási sebességén alapulnak, amelyekre példák az adszorpció, az ioncsere vagy a kristályosítás.

A homogén keveréket két fázisra lehet választani egy „ energiaelválasztó ágenssel ”, „ tömegelválasztó ágenssel ”, gáttal vagy külső mezőkkel. Az energiaelválasztó szerek létrehoznak egy második fázist (amely összetételében különbözik az első fázistól és amely nem keverhető el vele); magukban foglalják az iparban leggyakrabban alkalmazott technikákat. Például a hő (a felszabadító anyag) folyadékhoz való hozzáadása (első fázis) gőz képződését eredményezi (második fázis). A tömegkibocsátó szerek egyéb vegyi anyagok vagy anyagok. Ezek elnyelik vagy feloldódnak az egyik termék szelektíven, ők vagy folyékony formában (szorpciós, extraktív desztilláció vagy extrakció) vagy szilárd (adszorpciós vagy ioncserés). Olyan gát használata, amely a két vegyület közül csak az egyiket tartja meg, a másikat azonban nem ( féligáteresztő membránok ), ritkábban alkalmazható; a külső mezőket csak speciális alkalmazásokban használják.

Termikus elválasztási folyamatok

A termikus szétválasztási folyamatok mind olyan szeparációs folyamatok, amelyek a termodinamikai fázisegyensúly megteremtésén alapulnak . Lényegében három különböző elválasztási folyamat létezik.

Szétválás a forráspont miatt

  1. A helyesbítését , és desztillációval , egy egyensúly jön létre egy folyadékfázis és egy gőzfázis (vagy gáz fázisú). Az elválasztás itt ismételt bepárlással és kondenzációval történik. Ez a módszer jól alkalmazható a nagyon különböző forráspontú komponenseknél , de azeotrop rendszereknél kudarcot vall . Az azeotrop keverékek elválasztására alkalmazott módszerek például
  2. A szárítás során megoszlási egyensúly alakul ki a folyadék és a szilárd anyag, valamint a gázfázis között. A szárítás az egyik leggyakoribb hőelválasztási folyamat.
  3. A sztrippelés során az anyagok (például nedvesség) deszorpciós folyamatokkal kerülnek a folyékony fázisból a gázfázisba . Ebből a célból a folyékony fázist az ellenáramú elv alkalmazásával egy gázzal érintkezésbe hozzák (száraz vízzel, amely elnyeli a vízgőzt).
  4. Égés az anyag tulajdonságainak megváltoztatása céljából .

Fagyáspont miatti elválasztás

  1. Amikor végzett fagyasztással , egy anyagot valamely oldatból hűtéssel. Ezt a folyamatot nagyon eltérő fagyáspontú alkatrészeknél és bizonyos esetekben azeotrop rendszerek elválasztására használják. A folyamattechnikában a fagyasztást kristályosodásnak nevezik a szilárd anyaggá történő átmenet miatt . Megkülönböztetünk statikus (folytonos) és dinamikus (folyamatos) kristályosítást.

Szeparálás szublimációval

  1. Abban az esetben, szublimáció , szilárd változásokat közvetlenül a szilárd halmazállapotban a gáznemű halmazállapotban. Ezután a szublimált anyag szilárd állapotban hűlt felületre kerül. Ha a szennyezés szublimációs gőznyomása eléggé eltér a hasznosítandó értékes anyagtól, akkor ez a ritkán alkalmazott hőelválasztási eljárás hatékony. A szublimációs módszert leginkább laboratóriumi méretekben alkalmazzák. A műszakilag és gazdaságilag releváns méretnövelés ( nagyítás ) egyik példája a fagyasztva szárítás .

Elválasztás az oldhatóság miatt

Az oldhatóság olyan anyagi tulajdonság, amely néha más elválasztási hatásokkal is összefügg.

Mechanikus szétválasztási folyamatok

A mechanikus szétválasztási folyamatok különbségeket alkalmaznak az alkatrészek mechanikai tulajdonságaiban. Ezek lehetnek vizuális vagy optikai fényvisszaverő tulajdonságok is.

  • Felvette célzott eltávolítása
  • Rendezés az összes elválasztásával
  • Leválasztás légrobbantással z. B. kávébab, a magas olajtartalmú "büdös bab" pörkölt színe szerint

Elválasztás a felületi nedvesíthetőség miatt

  • A flotálás egy elválasztási eljárás, amelyben a vizes iszapban (szuszpenzióban) lévő finomszemcsés szilárd keverékeket a részecskék eltérő felületi nedvesíthetősége miatt légbuborékok segítségével választják el.

Elválasztás a sűrűség miatt

Az anyagkeverékek sűrűségbeli különbségei a következő módszerekkel alkalmazhatók.

Elválasztás a részecskeméret miatt

Elválasztás a részecske tehetetlensége miatt

A mozgások alkalmazásakor a részecskék tehetetlensége felhasználható az elválasztáshoz.

Elválasztás a mágnesezhetőség miatt

A mágnesezhetőséget a mágneses anyag tulajdonságaihoz használják .

Elválasztás az elektromos mobilitás miatt

Szétválás kémiai reakciók eredményeként

A reakciók menete megváltoztatja a fizikai tulajdonságokat , amelyek viszont felhasználhatók az elválasztásra.

A nagy tisztaságú egykristályok vagy fémek előállítására szolgáló zónás olvadási eljárás során azt a tényt használják fel, hogy az olvadékban lévő szennyeződések energetikailag kedvezőbb kémiai környezettel bírnak (alacsonyabb kémiai potenciállal ), mint a szilárd anyagban, és ezért a szilárd anyagból az olvadékba vándorolnak .

irodalom

Egyéni bizonyíték

  1. ^ A b c André B. de Haan, Hans Bosch: Ipari szétválasztási folyamatok: alapvetések . De Gruyter, Berlin 2013, ISBN 978-3-11-030669-9 .