Separationsprocesser
Absorption
Process där partiklar i en fas går in i en annan vätska eller fast fas.
Det är ett bulkfenomen, vilket betyder att det involverar hela volymen av materialet
Påverkar:
Temperatur: Löslighet av gaser i vätskor minskar när temperaturen ökar. Högre temperatur ger lägre absorption på grund av fler jämvikts stadier.
Tryck: När trycket i gasfasen ökar så ökar absorption effekten. Ökat tryck förbättrar absorptionsprocessen.
Exempel:
Svamp som absorberar vatten
Trasor som tar upp vätska
Adsorption
Process där atomer, joner eller molekyler attraheras av ytan på ett ämne
och fäster sig på ytan.
- Ämnet som fäster sig är “Adsorbate” Ytan som adsorberar är “Adsorbent”
Ytfenomen, involverar ytarean på ett material.
Snabb process i början men avtar sakta.
Påverkan
Låg temperatur - ökat adsorption (Fysisk adsorption)
Adsorption ökar i början med ökning av temperatur och avtar sedan (Kemisk adsorption)
Ökat tryck ger ökad adsorption till en viss grad då mättnadsnivån är nådd, efter det ingen mer adsorption oavsett hur högt tryck.
Ökad löslighet ger ökad adsorption
Adsorption ökar då pH minskar (Organiska ämnen)
Högt pH -> Hydrofobisk. Låg pH -> hydrofil yta (Vatten fastnar lättare till ytan)
Adsorption ökar vid större ytarea.
Två olika typer av adsorption
Fysisk adsorption - Bindningen mellan ytan och molekylerna är svag Van der Wals kraft.
Kemisk adsorption - Kovalenta bindningar mellan molekylerna
Exempel på adsorption
I kromatografisk analys (😡)
I gasmasker för att adsorbera giftiga gaser
behandling för diareé
Färgindustrin
Rening av CO2 i luft
Fysisk adsorption
Ingen elektronöverföring, polarisering av adsorption kan förekomma
snabb, icke aktiverad och reversibel
Van der waalsbindningar
Ingen dissociation av adsorberat ämne
Ett lager eller flera lager
Bara signifikant vid låga temperaturer
Entalpi ligger vid -20 kJ/mol
Då temperatur ökar minskar fysik adsorption
Kemisk adsorption
Elektronöverföring för att bilda kovalent bindning mellan adsorbate och adsorbent.
Aktiverad, långsamt och irreversibel.
Kan bli dissociation
bara ett lager
Möjligt över ett brett temperaturintervall
Entalpi runt -200kJ/mol
Vid ökad temperatur ökar först kemisk adsorption för att sedan avtar
Lakning
Är en typ av solid-vätskeextraktion, är en separationsmetod där man använder en vätska (lösningsmedel) för att lösa ut ett lösligt ämne från ett fast material.
Påverkar:
Storleken på det tröga (inerta) fasta materialet: Med finfördelade inerta material har soluten inte lika svårt att diffundera genom det fasta materialet för att lösas upp i vätskan.
Lösningsmedlet: Bör vara högselektiv, ska inte reagera med eller löser upp det fasta materialet, låg viskositet för att soluten ska kunna diffundera relativt enkelt, bör vara ganska flyktigt pga underlättar separationen.
Temperatur: Lösligheten ökar vid ökning av temperatur, rörligheten av soluten i lösningsmedlet ökar med ökad temperatur, vätskans viskositet minskar med en ökning av temperaturen.
Omrörning: Massöverföringskoefficienten mellan fast ämne och vätska ökar med ökad omrörning. Om det mesta av massöverföringsmotståndet ligger i det inre av det fasta ämnet, kommer omrörning att ha mindre effekt på lakningsprocessen.
pH: Har inverkan på lakbarheten
Exempel:
Framställning av kaffe
Framställning av te
Extraktion av metaller från malm
Vätske-vätskeextration (LLE)
Vätske-vätskeextraktion (LLE) är en separationsprocess där en beståndsdel (solute) överförs från en vätskefas till en annan vätskefas
Processen innebär att man separerar beståndsdelarna i en flytande lösning genom att kontakta den med en annan, olöslig vätska.
För att extraktionen ska vara genomförbar krävs två saker: Komponenter som ska avlägsnas från inmatningsflödet (feed) måste företrädesvis fördelas i lösningsmedlet. Inmatnings- och lösningsmedelsfaserna måste vara väsentligt oblandbara.
Faktorer som påverkar extraktionen och hur:
Selektivitet: Lösningsmedlet ska helst lösa det önskade ämnet bättre än andra ämnen. "Lika löser lika" – polära ämnen löses i polära lösningsmedel och opolära i opolära – hjälper vid val av lösningsmedel.
Fördelningskoefficient (K): Anger hur mycket av ämnet som fördelas mellan de två faserna. Ett högt K-värde betyder att ämnet hellre går till extraktfasen, vilket gör extraktionen effektivare.
Olöslighet hos lösningsmedlet: Lösningsmedlet ska inte blanda sig mycket med den andra vätskan. Det hjälper till att hålla faserna separerade och processen stabil.
Densitetsskillnad: En större densitetsskillnad mellan faserna underlättar separationen efter extraktionen eftersom vätskorna separeras snabbare.
Gränsytspänning: Hög gränsytspänning gör att faserna lättare separeras, men kan göra det svårare att blanda dem bra under själva extraktionen.
Kemisk reaktivitet: Lösningsmedlet bör vara inert (kemiskt stabilt) så att det inte reagerar med ämnet som ska extraheras eller andra komponenter.
Övriga faktorer: Löslighet (igen kopplat till "lika löser lika"), viskositet (påverkar blandning), återvinningsbarhet av ämnet, brännbarhet, toxicitet och kostnad är också viktiga för praktisk och säker användning.
Mekaniska separationsprocesser
Baserat på fysiska egenskaper hos partiklar eller fluider.
Partikel egenskaper som storlek, form och densitet
Fluid egenskaper som densitet och viskositet
Valet av separationsprocess baseras på vilken typ av blandning man har samt skillnaden i kemiska egenskaper hos ämnena i blandningen.
Två generella mekaniska separationsprocesser
Användning av en skärm/sikt(sil), skiljevägg eller poröst membran som låter en av ämnena i blandningen passera
Användning av skillnad i sedimentationshastighet då partiklar rör sig genom en gas eller vätska.
Fyra grupper av mekaniska separationsprocesser:
-Sedimentation
- Centrifugering
- Filtrering
- Silning/Avskärmning
Silning
En metod som separerar partiklar baserat på deras storlek och form
“sieving” (siktning) används för att bearbeta enskilda satser medan “screening” används för kontinuerlig bearbetning.
Kan användas både vått och torrt
Påverkar:
Storlek och form
Maskstorleken (öppningarna i silen)
Är det vått eller torrt
Sedimentation
En naturlig process där sediment, till exempel sand eller mindre partiklar, placeras på botten av vattenkällor eller andra vätskor.
Sedimentet lägger sig gradvid på botten på grund av gravitation vilket bildar lager av sediment på botten.
Sedimentationshastigheten är direkt proportionellt mot diametern i kvadrat av partikeln
Densitets skillnad mellan utspridd fas ⍴s och spridnings mediet ⍴0 ,
(⍴s - ⍴0) -> V ɑ (⍴s - ⍴0)
Faktorer som påverkar processen
Om densiteten av partiklarna och vätskan är samma så blir hastigheten 0
Ökad hastighet av vätskan minskar sedimentatio
Centrifugering
Är en mekanisk teknik där centrifugalkraft används för att separation av olösliga material från en vätska, särskilt när normal filtrering inte fungerar bra.
Kan separera två icke-blandbara vätskor, eller en vätska och ett fast ämne.
Separerar baseras på partiklarnas storlek, form, densitet, mediets viskositet och rotationshastighet.
Det tätare partiklarna tvingas till botten medan de lättare partiklarna stannar vid toppen eller rör sig mot mitten.
Påverkar:
Storlek, form och densitet
Mediets viskositet och rotationshastighet
Filtrering
Separerar fasta ämnen från en vätska eller gas genom att föra blandningen genom ett filtermedium.
Fasta partiklar fångas upp av filtret medan vätskan eller gasen passerar genom
Påverkar:
Filteregenskaper: Porstorleken
Partiklarnas storlek
Rotating Disc Contactor (RDC)
En RDC fungerar genom att två vätskefaser (en tung och en lätt) rör sig i motström genom en kolonn med roterande skivor (rotorer) och stationära skivor (statorer). Rotorerna skapar droppbildning och blandning, vilket ökar kontaktytan mellan faserna och förbättrar extraktionen. Fasgränsen kontrolleras så att varje fas lämnar kolonnen på rätt nivå. Detta möjliggör effektiv vätske-vätske-extraktion i flera steg.
Filterprinciper
Ytfiltrering (surface filtration)/ Cake filtration:
Denna princip deponeras partiklarna huvudsakligen på filtermediets yta. Partiklarna bildar med tiden en filterkaka på ytan
Djupfiltrering (depth filtration):
Här fångas partiklarna upp och behålls i hela volymen av filtermediet, snarare än bara på ytan. Djupfilter används för att rena vätskor.
Tvärflödesfiltrering (crossflow filtration):
Vätskan strömmar längs med (tangentiellt över) membranet, inte rakt igenom det. En del av vätskan går igenom filtret (= permeat, den renade vätskan). Resten fortsätter längs membranet med partiklar kvar i sig (=retentat, den koncentrerade vätskan). Eftersom flödet är längs med ytan, spolas filterytan hela tiden, vilket minskar igensättning.
Membranfilter
Nominal (Nominell) - Dessa är inte 100% effektiva när det gäller att avlägsna partiklar
Absolute (Absolut) - Denna garanterar att partiklar större än den angivna porstorleken avlägsnas