Химическая энциклопедия - пенная сепарация

(пенное разделение), метод поверхностного разделения жидких гомог. систем или коллоидных р-ров на обогащенные фракции или чистые компоненты путем непрерывного удаления из разделяемой системы искусственно созданной пены, состав к-рой 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. своб. энергию системы и, следовательно, наиб. понижение поверхностного натяжения.

По технол. признаку П. 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: р-р и пузырьки газа, а при флотации дисперсий-три: пузырьки газа, мелкие твердые частицы и жидкий р-р. Возможна также классификация П. с. по выделяемым объектам: выделение ионов электролитов (напр., выделение с применением ПАВ неорг. ионов из очень разб. р-ров с целью извлечения металлов или очистки воды от хим. и радиоактивных загрязнений); выделение ПАВ (напр., при разделении очень близких по строению ПАВ, таких, как додецилсульфат и додецилбензолсульфонат Na, при очистке от ПАВ пром. и бытовых стоков); выделение орг. B-B с низкой мол. массой (напр., с целью очистки воды); выделение орг. B-B с большой мол. массой (напр., разделение р-ров белков); микрофлотация коллоидных частиц и микроорганизмов (напр., с целью очистки стоков от вредных в-в).

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

где , -соотв. объемы пены и ее жидкой фракции, A-площадь пов-сти всех ячеек пены, f-фактор формы ячеек пены. С этими величинами связаны осн. характеристики эффективности процесса П. С.-коэф. распределения, фактор очистки и степень извлечения.

Коэф. распределения (или отношение обогащения) равен отношению , где и -соотв. молярная концентрация i-го растворенного в-ва в пене и в р-ре. Эта величина связана с dи l след. ур-нием:

где Г i(n) -относит, адсорбция Гиббса i-го компонента (избыток числа молей i-го компонента на единицу пов-сти раздела), компонент n-p-ритель. i(n) можно рассчитать по ур-нию адсорбции Гиббса, используя данные о концентрац. зависимости коэф. поверхностного натяжения g и коэф. активности (термодинамической) в р-ре.

Фактором очистки наз. величину С i0/Ci отношение начальной (Ci0) и конечной (Ci) концентраций i-го растворенного в-ва в р-ре. Фактор очистки связан с величинами аи i(n) соотношением:

где V0, V -соотв. начальный и конечный объемы р-ра. Под степенью извлечения (в %) понимают отношение

На результат П. с. влияют: 1) факторы, определяющие равновесное распределение компонентов между р-ром и поверхностным слоем,-поверхностная активность компонента, т-ра, концентрация р-ра, концентрац. зависимость коэф. активности; 2) факторы, влияющие на скорость распределения компонентов между р-ром и поверхностным слоем в стационарных условиях,-размеры пузырьков, распределение их по размерам в р-ре, газосодержание р-ра, высота столба р-ра и пены, величина возврата части продукта, полученного разрушением пены.

Поверхностную активность i-го компонента в р-ре характеризуют производной от поверхностного натяжения по молярной доле