Ионообменные
процессы широко применяются для
водоподготовки: умягчения и обессоливания
воды, очистки растворов, разделения
смеси веществ и т.д. В сахарной
промышленности иониты используются
для очистки соков и сиропов. С помощью
ионитов представляется возможным
удалить из сахарных растворов почти
все несахаристые вещества. В виноделии
иониты используются для удаления ионов
железа и кальция, улучшения качества
вин, в молочной промышленности – для
очистки молока от ионов кальция и других
металлов, в жировом производстве – для
очистки растительного масла. Ионообменные
процессы способны по технико-экономическим
показателям конкурировать с процессами
экстракции, ректификации и др.
Ионообменные
процессы отличаются от адсорбционных
тем, что происходит обмен ионами между
ионитами и раствором. При этом ионы из
растворов перемещаются к поверхности
ионита, а ионы с поверхности ионита
переходят в раствор. В качестве ионитов
используются твердые, практически
нерастворимые в воде и органических
растворителях природные или синтетические
материалы. Иониты представляют собой
мелкозернисты е гранулированные частицы
шарообразной формы. Ионообменная
технология получила широкое распространение
после разработки синтетических ионитов,
отличающихся большой обменной емкостью,
механической прочностью, нерастворимостью
в воде и агрессивных растворителях,
способностью к регенерированию. Иониты
различаются по химическому составу и
структуре. Однако все иониты построены
по одному принципу: имеют матрицу,
несущую избыточный заряд, и противоионы.
Матрица ионообменных смол состоит из
полимерной пространственной сетки
гидрофобных углеводородных цепей.
Строение матрицы обусловливает
способность ионообменных смол набухать
в воде и растворителях.
В
матрице расположены функционально
активные группы, придающие смоле
ионообменные свойства. От характера
активных групп зависят знаки зарядов
матрицы ионита и подвижных ионов. По
знаку заряда обменивающихся проионов
иониты подразделяют на катиониты и
аниониты. Катиониты имеют кислотный
характер и обладают способностью
обменивать положительно заряженны е
ионы. Катиониты содержат сульфогруппы
– SO32-,
карбоксильные группы – НСОO-,
фосфоновые группы– РО3Н2-,
несущие отрицательный заряд. Аниониты
содержат амидогруппы – NH+3,
аминогруппы NH+2,
несущие положительный заряд.
Разделение
жидких однородных смесей (растворов),
состоящих из двух или большего числа
летучих компонентов, производится
перегонкой или ректификацией. Разделение
путем
перегонки
основано на различной температуре
кипения отдельных веществ, входящих в
состав смеси. Так, если смесь состоит
из двух компонентов, то при испарении
компонент с более низкой температурой
кипения (низкокипящий компонент)
переходит в пары, а компонент с более
высокой температурой кипения
(высококипящий компонент) остается в
жидком состоянии. Полученные пары
конденсируются, образуя дистиллят или
ректификат, а неиспаренная жидкость
называется остатком. Для
достижения наиболее полного разделения
компонентов применяют достаточно
сложный вид перегонки –
ректификацию. Ректификация
заключается в многократном испарении
исходной смеси и конденсации образующихся
паров, в противоточном воздействии
паров, образующихся при перегонке, с
жидкостью, получаемой при конденсации
паров. Способ
разделения смеси на компоненты путем
ректификации
является основным в спиртовом и
ликеро-водочном производствах, в
производстве эфирных масел, при
переработке нефтепродуктов и др. В
результате
перегонки
низкокипящий компонент переходит в
дистиллят, а высококипящий – в остаток.
Такой процесс называется простой
перегонкой. При этом не достигается
полного разделения смеси. Оба компонента
являются летучими, оба переходят в
пары, но в разной степени. Поэтому
образующиеся при перегонке пары не
представляют собой чистого низкокипящего
компонента. Из-за
большой летучести низкокипящий компонент
испаряется в большей степени, чем
высококипящий компонент. Значит, в
дистилляте содержание низкокипящего
компонента выше, чем в исходной смеси,
а в остатке наоборот: содержание
низкокипящего компонента ниже, чем в
исходной смеси. В этом и является отличие
перегонки от выпаривания . Простую
перегонку
применяют для грубого разделения смесей
или для предварительной очистки
продуктов от нежелательных примесей. Простая
перегонка
проводится на установке, состоящей из
перегонного куба с подогревателем,
поверхностного конденсатора и приемников.
Исходная смесь в кубе кипит, пары
поступают в охлаждаемый водой конденсатор.
Дистиллят из конденсатора поступает
в приемники. Остаток удаляется из куба.
Максимальное
количество низкокипящего компонента
в дистилляте находится в начальный
момент перегонки, по мере испарения
смеси содержание его непрерывно
уменьшается, в связи с чем состав
дистиллята по легколетучему компоненту
обедняется. Установки для простой
перегонки используются при значительном
различии температур кипения компонентов.
Простая
перегонка
может проводиться при атмосферном
давлении или при разрежении.
1-перегонный
куб, 2-устройство для дефлегмации, 3-
конденсатор, 4- заливная горловина, 5-
электронагреватель, 6- спускной кран,
7- водомерное стекло
9. Ионообменные процессы
10. Перегонка и ректификация. Основные понятия. Простая перегонка.
