114. Какого влияние поверхностного натяжения на константу распределения?
Парахор – физическая величина, которая характеризует поверхностное натяжение.
Чем больше значения парахора, тем больше константа распределения.
115. Какого влияние состава и строения органических веществ на константу распределения? Экстракция гомологов.
Рис. 2.4. Зависимость гомологической разности констант распределения от числа атомов углерода в молекулах экстрагируемых веществ:
1—дикарбоновые кислоты (экстр¬агент— изобутиловый спирт); 2—ди-карбоновые кислоты (диэтиловый эфир); 3—гликоли (диэтиловый эфир). Числа около отдельных участков ломаных' линий соответствуют тангенсу углов наклона, т. е. гомологи¬ческой разности.
Вывод - Возрастание констант распределения с увеличением числа атомов углерода в молекулах экстрагируемых веществ происходит, только до некоторого предела. Высшие гомологи очень мало растворимы и в воде, и в органических растворителях. Константы распределения соединений большой молекулярной массы уменьшаются с возрастанием числа атомов С в их молекулах.
116.Многократная экстракция или многократное установление равновесия
Низкое значение коэффициента селективности заставляет прибегнуть к многократной экстракции. Чем ниже коэффициент, тем сложнее извлечение вещества из раствора.
Для однократной экстракции коэффициент распределения равен –
D = Cорг / Сводн.
При многократной экстракции экстрагируемый материал помещают непосредственно в экстракционный сосуд, снабженный промежуточным дном из пористого стекла. Пары растворителя из перегонной колбы поступают в обратный холодильник, и сконденсированный растворитель попадает на экстрагируемое вещество в патроне. Когда экстракционный сосуд наполнится до сгиба сливной трубки, экстракт сбрасывается по сифону в перегонную колбу, и процесс экстрагирования повторяется.
При многократной экстракции выход конечного рафината уменьшается, однако улучшается его качество. Наиболее совершенной и эффективной системой для проведения многократных экстракций является экстракционный прибор Крейга. Он состоит из большого числа связанных между собой стеклянных трубок
117. Какие факторы влияют на степень разделения двух растворенных веществ методом противоточного распределения в экстракции.
В отличие от других методов экстракции противоточное распределение позволяет разделять и идентифицировать вещества с очень близким коэффициентом распределения D.
Зависит от растворимости вещества и скорости перехода из одной фазы в другую. Растворимость можно изменить, подбирая соответствующий растворитель, в который переходит преимущественно требуемое вещество.
Скорость перехода вещества из твердой фазы в раствор определяется скоростью диффузии вещества в жидкости и скоростью удаления вещества с поверхности раздела фаз, то есть испарением или летучестью.
118.Приведите классификацию мембранных методов разделения. Что такое диализ, электродиализ, микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос? И сюда же 119.Привидите классификацию мембран, применяемых в мембранных методах разделения.
Мембранный метод разделения - основан на использовании полупроницаемых мембран, которые пропускают через свои поры молекулы меньших размеров и задерживают более крупные молекулы.
Классификация по типу мембраны:
Электродиализ – разновидность мембранного метода разделения, где для уменьшения времени разделения применяют электрический ток. Минус метода в том, что применим для разделения анионных и катионных форм, то есть разноименно заряженных. Применяется для обессоливания растворов и разделения аминокислот.
Диализ – метод разделения основанный на диффузии некоторых компонентов смеси через мембрану из концентрированного раствора в разбавленный.
Микрофильтрация (мембранная фильтрация) - разделение коллоидных систем и осветление растворов отделением от них взвешенных микрочастиц. Занимает промежуточное положение между ультрафильтрацией и фильтрованием, проводится под давлением 0,01-0,1 Мпа. Отличается от других возможностью образования на поверхности мембраны твердой фазы или осадка.
Метод ультрафильтрования – тоже основан на диффузии компонентов смеси через из более концентрированного раствора в более разбавленный, однако при этом жидкость помещают только с одной стороны мембраны и раствор продавливается через последнюю. Используют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше мол. массы растворителя.
В зависимости от диаметра пор, мембраны делят на процессы обратного осмоса и микрофильтрацию.
Осмос – движение вещества из более концентрированного в менее концентрированный раствор.
Обратный осмос (гиперфильтрация) - разделение растворов низкомолекулярных соединений за счет перехода частиц из менее концентрированного раствора в более концентрированный за счет давления. Процесс обратного осмоса осложнен концентрационной поляризацией, т. е. явлением увеличения концентрации растворенного вещества на поверхности мембраны. На первом рисунке представлен процесс нормальной фильтрации (рис.1а), давление при котором наступает равновесие (рис.1б.) называется осмотическим. Если давление превышает осмотическое, то происходит обратный процесс или гиперфильтрация.
Классификация мембранных методов разделения
120.Описать схему процесса диффузионного переноса веществ через мембраны.
Диффузионный перенос вещества из одной фазы в другую происходит через поверхность раздела, образующуюся в месте соприкосновения обеих фаз. Считается, что по ту и другую стороны поверхности раздела образуются тонкие пограничные диффузионные слои, в которых наблюдается резкое изменение концентрации. Движение жидкости внутри пограничного слоя носит ламинарный характер, причем скорость движения возрастает линейно с увеличением расстояния от поверхности раздела.
В данном случае на границе двух сред находится мембрана. Она препятствует обратному движению частиц. Не является катализатором. Увеличивает ка
121.Назовите методы и опишите механизм переноса вещества через пористые мембраны вследствие конвективного движения среды под действием градиента давления.Расскажите об особенностях метода обратный осмос.
Обратный осмос.
Данный процесс обуславливается наличием внешнего давления, которое превышает осмотическое. В результате этого молекулы воды очень быстро переходят с одной на другую стороны мембраны – в зависимости от концентрации веществ.
Таким образом, фильтр для воды на основе обратного осмоса разделяет все растворенные в жидкости вещества на молекулярном уровне. Более того, с одной стороны остаются все загрязнения, а на другой – кристально чистая вода.
Эффективность метода обратного осмоса. Обратный осмос превосходно справляется с неорганическими веществами. Согласно статистике, степень очистки в данном случае достигает 85-98%. Органические вещества также поддаются фильтрации. Картриджи полностью удерживают примеси с молекулярным весом от 100-200 мг. Примечание:
Система обратного осмоса, которая устанавливается под мойку, работает под давлением воды в трубопроводе. При изменении этого показателя давление в фильтре также меняется.
Даже полупроницаемая мембрана не способна полностью задерживать все примеси. Поэтому ничтожно малое количество вредных веществ все же будет попадать в уже очищенную воду.
Чтобы минимизировать количество примесей на литр жидкости, необходимо тщательно следить за давлением в кране. В частности, высокое давление значительно увеличивает не только качество очистки, но и производительность самого фильтра.
Процесс очищения воды оказывает прямое воздействие на мембрану. Поэтому через определенное количество времени на ней образовывается налет. Чтобы избежать засоров и поломок системы, вдоль мембраны устанавливают дополнительный поток воды, который смывает соль в дренаж.
123.Расскажите об особенностях метода электродиализ.
Чаще всего электродиализ проводят в аппаратах типа фильтр-пресс с плоскими электродами, но также встречаются аппараты рулонного типа. Количество мембран может достигать 300 и более штук. За счет профильного исполнения межмембранных прослоек создаются сквозные отводящие каналы обессоленного раствора и концентрата. Для предотвращения солеотложения на мембранах и увеличения их срока службы процесс часто проводят в режиме реверсивного электродиализа. Суть его заключается в том, что с определенной периодичностью в аппарате меняется полярность тока, а следовательно, и направление движения ионов сквозь соответствующие мембраны. При этом камеры обессоливания становятся камерами концентрирования и наоборот.
Достоинства:
Экологичность: электродиализ не требует для своего осуществления дополнительных реагентов или иных расходуемых веществ.
Технологичность: устройство электродиализаторов обеспечивает простоту их обслуживания и надежность при эксплуатации.
Низкое энергопотребление.
Возможность возврата в производство компонентов очищаемой воды.
Применение:
Опреснение и очистка воды
Электродиализ находит все более широкое применение в области водоподготовки. Необходимая степень обессоливания достигается за счет многоступенчатого опреснения воды. Благодаря тому, что процесс электродиализа не требует дополнительных реагентов, очищенная вода так же не нуждается в дополнительной доочистке. Также данный способ обессоливания позволяет получать из пресной воды ультрачистую воду, используемую в микроэлектронике.
Выделение ценных компонентов и регенерация сточных вод
Одно из наиболее широких применений электродиализ приобрел в сфере обработки сточных вод химических, нефтехимический, электрохимических и других предприятий. Процесс позволяет не только очищать сточные воды путем обессоливания и деионизации, но и возвращать назад в цикл ценные компоненты, содержащиеся в стоках. Так в процессе производства аммиачной селитры из кислого конденсата возможно возвращать в цикл до 94% нитрата аммония (NH4NO3).
На нефтеперерабатывающих заводах после стадий обработки продуктов перегонки и крекинга нефти едкой щелочью образуются сернисто-щелочные сточные воды (СЩСВ). Эти стоки содержат различные токсические соединения серы, как органические, так и неорганические, а также едкий натр, фенольные соединения и соли органических кислот. Обработка таких стоков происходит в многокамерных электродиализаторах периодического действия. В результате достигается почти полная очистка СЩСВ от токсичных сернистых соединений (99-100%), снижение ХПК на 90-95% и получение регенерированного раствора едкого натра, который может быть возвращен назад в цикл.
Получение из солей соответствующих кислот и оснований
Для реализации данных процессов используются биполярные мембраны. Данный процесс также применим для получения аминокислот и малорастворимых кислот и оснований из соответствующих растворов солей.
Обработка молочной сыворотки
Обработка электродиализом молочной сыворотки позволяет регулировать ее кислотность и минеральный состав, чем достигается повышение ее органолептических свойств, снижение гидроскопичности и улучшение последующий ступеней обработки.
Обработка соков и вин
Электродиализная обработка соков и вин применяется с целью их стабилизации, повышении или понижении кислотности, деионизации и удаления тяжелых металлов. По сравнению с охлаждением данный вид обработки имеет ряд преимуществ: нет ухудшения вкусовых качеств вина, снижение энергозатрат и уменьшение времени обработки.
124.Приведите классификацию методов внутрифазного разделения. Для методов внутрифазного разделения в целом характерны сложные аппаратурные решения, и целесообразность их применения в аналитической химии оправдана пропорционально возможностям, которых не имеют другие методы. Методы:
1.Метод электрофоретического (электромиграционного) разделения ионов в растворе 2. Масс-сепарация 3. Ультрацентрифугирование 4.Электрофарез
125.Что такое капиллярный зонный электрофорез?приведите схему установки капиллярного электрофареза.
Капиллярный электрофорез, известный также как капиллярный зональный электрофорез,используется для разделения ионов по заряду.
