Отделить воду от масла не так уж сложно. Главным подспорьем в этом процессе служит то, что вода и масло являются несмешиваемыми жидкостями. То есть различными по плотности и структуре настолько, что осуществить их физическое перемешивание, или, говоря научным языком, диффузию, можно только при добавлении специальных веществ, называемых эмульгаторами. Во всех иных случаях вода и масло располагаются в емкости как бы «слоями», причем масло как более легкая субстанция обычно оказывается сверху. Способов разделить их существует несколько
Самый простой и доступный в быту метод — вымораживание. Этим способом пользовались даже в глубокую старину. Заключается он в следующем: емкость охлаждается до минусовой температуры, пока вода не замерзнет. Сделать это в современных условиях легче всего, поместив ее в морозильную камеру. Температура замерзания масла, как правило, гораздо ниже температуры замерзания воды. Через некоторое время вода превратится в лед, а масло останется жидким. Его можно легко слить в отдельную посуду, а поверхность льда для удаления остатков масла аккуратно протереть сухой тряпочкой.
Для этого подойдет любой бытовой фильтр. Правда, для начала понадобится слить большую часть масла, чтобы не подвергать фильтрующую смесь слишком большой нагрузке. После того, как масло слито, пропустите воду через фильтр. Выйдет она уже без масляной пленки
Более сложный способ — абсорбция.
Он состоит в том, что в емкость с водой и маслом помещается специальное вещество (так называемый абсорбирующий агент), который впитывает чужеродные примеси, оставляя только воду. Наиболее доступное из таких веществ это обычный активированный уголь. Правда, понадобится его довольно много: берите из расчета три к одному относительно имеющегося объема масла. Все это поместите в герметичную емкость и энергично встряхивайте в течение продолжительного времени. Конец процесса вы сможете оценить визуально. Если понадобится, несколько раз смените посуду, так как часть масла неизбежно будет оставаться на стенках. Возможно, потребуется несколько циклов загрузки агента. Но на выходе вы получите чистую воду без каких-либо примесей.
Это процесс центрифугирования масла, который принципиально схож с отстаиванием, однако вместо относительного слабого поля сил притяжения земли используется поле центробежных сил, значения которых могут быть на несколько порядков выше, что существенно интенсифицирует процесс разделения. Платой за ускорение процесса становится использование более сложного оборудования – центрифуг, требующих дополнительного источника энергии (обычно электродвигатели) для функционирования.
Данный метод является наиболее простым в реализации, но имеет небольшую производительность из-за длительности процесса. Отделению подвергаются относительно крупные механические или водные включения, оседающие на дно под действием сил земного притяжения. Отстаивание происходит в аппаратах простой конструкции, называемых отстойниками. Особенности этого метода делают его предпочтительным в качестве предварительного этапа очистки с целью снизить нагрузку на последующие аппараты тонкой очистки.
способ разделения смесей двух несмешивающихся жидкостей типа масло-в-воде
Классы МПК:
B01D17/05 путем химической обработки B01D17/022 контактированием с избирательно смачивающимся твердым телом B01D39/08 фильтровальные ткани, например тканые, трикотажные или плетеные материалы B01D39/16 из органического материала, например синтетических волокон B01D37/02 предварительное нанесение фильтрующего слоя или материала; добавление ускорителей фильтрования к жидкостям, подлежащим фильтрованию D06M15/03 полисахаридами или их производными
Автор(ы):
Елагин Андрей Александрович (RU) , Миронов Максим Анатольевич (RU) , Пономарев Владислав Сергеевич (RU)
Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью «НПО БиоМикроГели» (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к технологии разделения смесей двух несмешивающихся жидкостей типа масло в воде и может быть использовано в нефте- и газоперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой отраслях промышленности для разделения смесей сырой нефти и нефтепродуктов, а также органических растворителей и растительных масел с водой. Способ включает разделение смесей двух несмешивающихся жидкостей типа масло в воде фильтрацией смеси через гидрофильный материал. В качестве последнего используют ткани, нетканые материалы и сетки (хлопчатобумажные, льняные, бумажные, капроновые, нейлоновые). Материал предварительно обрабатывают (смачивают) водным раствором микрогелей полисахаридов (пектина, хитозана, карбоксиметилцеллюлозы). Концентрация микрогелей в растворе составляет 0,05-3,00 мас.%. Смесь подают на фильтрующий материал непрерывным потоком так, чтобы слой жидкости над поверхностью фильтра поддерживался в диапазоне 10-20 см высушивания материала. После отделения масляной фазы от воды оставшийся на материале микрогель может быть регенерирован путем экстракции разбавленными растворами кислоты или щелочи. Изобретение обеспечивает повышение производительности фильтров для разделения смесей типа масло в воде с одновременным упрощением их конструкции. 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
Формула изобретения
1. Способ разделения смесей двух несмешивающихся жидкостей типа масло-в-воде путем ее фильтрования через гидрофильный материал, отличающийся тем, что гидрофильный материал предварительно обрабатывают водным раствором микрогелей полисахаридов с концентрацией 0,05-3,00 мас.%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку гидрофильного материала ведут путем выдерживания в водном растворе микрогелей полисахаридов в течение не менее 20 мин.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрацию ведут при удельном давлении смеси на ткань не более 2000 Па.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве микрогелей полисахаридов используют физически ассоциированный микрогель на основе хитозана.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве микрогелей используют физически ассоциированный микрогель на основе карбоксиметилцеллюлозы.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве микрогелей полисахаридов используют химически связанный микрогель на основе хитозана со степенью сшивки 1-15%.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве микрогелей полисахаридов используют химически связанный микрогель на основе пектина со степенью сшивки 1-25%.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного материала используют хлопчатобумажную фланель.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного материала используют льняную ткань.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного материала используют нетканый хлопчатобумажный материал.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного материала используют капроновую сетку.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии разделения смесей двух несмешивающихся жидкостей типа масло в воде и может быть использовано в нефте- и газоперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Перспективным методом разделения смесей типа масло в воде является мембранный метод микрофильтрации. Для этого типа фильтрации используют гидрофобные и гидрофильные мембраны с симметричной микропористой структурой. Размеры пор составляют от 0,1 до 10,0 мкм, а скорость потока до 3,5 м/с при давлении от 0,01 до 0,30 МПа. Разделение достигается тем, что вода проходит через фильтр, а капли масла непрерывно смываются потоком жидкости, проходящим вдоль мембраны. Фильтры изготавливаются из целлюлозы, ее производных, а также органических и неорганических волокон, хорошо смачивающихся водой.
Известен способ фильтрации, включающий пропускание жидкой среды через систему фильтрации, отличающийся тем, что жидкую среду пропускают через систему фильтрации, содержащую, по меньшей мере, один слой фильтрующего материала, изготовленного путем пропитки нетканого иглопробивного полотна дисперсией, содержащей частицы цеолита, латекс и воду при их массовом отношении (0,8-1,2):(0,8-1,2):(2-3) соответственно, при этом масса осевшей дисперсии к массе нетканого иглопробивного полотна составляет 150-200, или 280-300, или 350-400, или 30-40, или 75-80, или 100-150% [Патент RU № 2148425, МПК B01D 17/022, 2000 г.].
Недостатками способа является низкая эффективность разделения и необходимость регенерации фильтрующего слоя. Так, количество отделяемого масла прямо зависит от емкости латекса, что связано с принципиальными ограничениями методов, основанных на явлении адсорбции. Кроме того, вязкость масла не может быть выше определенного значения, при котором оно уже не может эффективно поглощаться сорбентом.
Наиболее близким к предлагаемому является способ разделения устойчивых водомасляных эмульсий, включающий фильтрование эмульсии через сорбирующий материал, содержащий слои материалов с гидрофобной и гидрофильной поверхностями, а также поверхность из гидрофильного супертонкого волокна, имеющего диэлектрическую проницаемость не менее чем на 1,45 единиц, превышающую диэлектрическую проницаемость слоя из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью. Фильтрование осуществляют вначале через гидрофобный слой с меньшей диэлектрической проницаемостью, а затем через гидрофильный слой с большей диэлектрической проницаемостью, с формированием на поверхности раздела упомянутых слоев двойного электрического слоя, нейтрализующего двойной электрический слой на поверхности эмульгированных частиц. Данный способ реализован в устройстве для разделения эмульсий типа масло в воде и фильтрующем материале для разделения этих эмульсий [Патент RU № 2361661, МПК B01J 20/26, B01D 17/022, 2009].
Таким образом, данная система представляет собой трехслойную фильтрующую мембрану, сконструированную таким образом, чтобы обеспечить эффективный отвод масляной фазы с ее поверхности.
Основным недостатком данной системы разделения является сложность конструкции и необходимость периодической регенерации всех ее элементов из-за закупорки пор первых двух слоев. В то же время использование только гидрофильной мембраны не представляется возможным, так как поверхность гидрофильных волокон легко загрязняется компонентами отделяемых масел, например высокомолекулярными углеводородами, содержащимися в сырой нефти. При этом эффективность разделения резко падает. Второй проблемой является то, что при повышении давления или увеличении слоя жидкости над фильтром, капли масло могут продавливаться через поры фильтра, вызывая вторичное смешивание разделяемых жидкостей.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности фильтров для разделения смесей типа масло в воде с одновременным упрощением их конструкций.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый способ включает в себя предварительную обработку фильтрующего материала водным раствором микрогелей полисахаридов. Концентрация микрогелей в растворе находится в диапазоне от 0,05 до 3,00 мас.%, при этом концентрации ниже и выше этих значений не применимы в данной технологии. В растворах с концентрацией выше 3,00 мас.% образуются частицы макрогеля, которые забивают поры фильтрующего материала, препятствуя фильтрации. В то же время использования растворов с низкой концентрацией неэффективно по причине недостаточной адсорбции микрогеля на фильтрующем материале.
Обработку фильтрующего материала ведут путем выдерживания в водном растворе микрогелей полисахаридов в течение не менее 20 минут.
Для предотвращения продавливания капель масла через фильтрующий материал смесь типа масло в воде подают на фильтрующий материал непрерывным потоком так, чтобы слой жидкости над поверхностью фильтра поддерживал в диапазоне 10-20 см, а величина удельного давления смеси на ткань не превышала 2000 Па.
Источник
С пособы разделения смесей (и гетерогенных, и гомогенных) основаны на том факте, что вещества, входящие в состав смеси, сохраняют свои индивидуальные свойства. Гетерогенные смеси могут различаться по составу и фазовому состоянию, например: газ+жидкость; твердое вещество+жидкость; две несмешивающиеся жидкости и др. Основные способы разделения смесей представлены на схеме ниже. Рассмотрим каждый способ отдельно.
Разделение гетерогенных смесей
Для разделения гетерогенных смесей, представляющих собой системы твердое тело- жидкость или твердое тело — газ, выделяют три основных способа:
фильтрование,
отстаивание (декантирование,
магнитная сепарацияю
ФИЛЬТРОВАНИЕ
метод основанный на различной растворимости веществ и разных размерах частиц компонентов смеси. Фильтрование позволяет отделить твердое вещество от жидкости или газа.
Для фильтрования жидкостей можно использовать фильтровальную бумагу, которую обычно складывают в четверо и вставляют в стеклянную воронку. Воронку помещают в стакана, в который скапливается фильтрат — жидкость, прошедшая через фильтр.
Размер пор в фильтровальной бумаге таков, что позволяет молекулам воды и молекулам растворенного вещества беспрепятственно просачиваться. Частицы размером больше 0,01мм задерживаются на фильтре и не проходят сквозь него, таким образом формируется слой осадка.
Запомни! С помощью фильтрования нельзя разделить истинные растворы веществ, то есть растворы, в которых растворение произошло на уровне молекул или ионов.
Кроме фильтровальной бумаги в химических лабораториях используют специальные фильтры с
разным размером пор.
Фильтрование газовых смесей принципиально не отличается от фильтрования жидкостей. Разница заключается только в том, что при фильтровании газов от твердых взвешенных частиц (ТВЧ) используются фильтры специальных конструкций (бумажный, угольный) и насосы для принудительного прокачивания газовой смеси через фильтр, например фильтрация воздуха в салоне автомобиля или вытяжка над плитой.
Фильтрованием можно разделить:
крупы и воду,
мел и воду,
песок и воду и т.д.
пыль и воздух (различные конструкции пылесосов)
ОТСТАИВАНИЕ
Метод основан на различной скорости оседания твердых частиц с разным весом (плотностью) в жидкой или воздушной среде. Метод используют для разделения двух и более твердых нерастворимых веществ в воде (или другом растворителе). Смесь нерастворимых веществ помещают в воду, тщательно перемешивают. Спустя некоторое время вещества с плотностью больше единицы оседают на дно сосуда, а вещества с плотностью меньше единицы — всплывают. Если в смеси находится несколько веществ с разной силой тяжести, то в нижнем слое будут отстаиваться более тяжелые вещества, а затем более легкие. Такие слои тоже можно разделить. Раньше так выделяли крупинки золота из измельченной золотоносной породы. Золотоносный песок помещали на наклонный желоб, по которому пускали струю воды. Поток воды подхватывал и уносил пустую породу, а тяжелые крупинки золота оседали на дне желоба. В случае газовых смесей также происходит оседание твердых частиц на твердых поверхностях, например оседание пыли на мебели или листьях растений.
Данным методом можно разделять и несмешивающиеся жидкости. Для этого используют делительную воронку.
Отстаиванием можно разделить смеси:
речного песка и глины,
тяжелого кристаллического осадка от раствора
нефти и воды
растительного масла и воды и т.д.
МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ
Метод основан на разных магнитных свойствах твердых компонентов смеси. Данный метод используют при наличии в смеси веществ-ферромагнетиков, то есть веществ, обладающих магнитными свойствами, например железа.
Все вещества, по отношению к магнитному полю, условно можно разделить на три большие группы:
феромагнетики: притягиваются магнитом-Fe, Co, Ni, Gd, Dy
парамагнетики: слабо притягиваются-Al, Cr, Ti, V, W, Mo
диамагнетики: оттлакиваются от магнита-Cu, Ag, Au, Bi, Sn, латунь
Магнитной сепарацией можно разделить:
порошок серы и железа
сажу и железо и т.д.
Разделение гомогенных смесей
Для разделения жидких гомогенных смесей (истинных растворов) используют следующие методы:
выпаривание (кристаллизация),
дистилляция (перегонка),
хроматография.
ВЫПАРИВАНИЕ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.
Метод основан на различных температурах кипения растворителя и растворенного вещества. Используется для выделения растворимых твердых веществ из растворов. Выпаривание обычно проводят следующим образом: раствор наливают в фарфоровую чашку и нагревают ее, постоянно перемешивая раствор. Вода постепенно испаряется и на дне чашки остается твердое вещество.
Кристаллизация — фазовый переход вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое.
При этом испаренное вещество (воду или растворитель) можно собрать методом конденсирования на более холодной поверхности. Например, если поместить холодное предметное стекло над выпаривательной чашкой, то на его поверхности образуются капли воды. На этом же принципе основан метод дистилляции.
ДИСТИЛЛЯЦИЯ. ПЕРЕГОНКА.
Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют не полностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара. Иногда требуется очистить растворители от примесей , например воду от соли. В этом случае растворитель следует испарить, а затем его пары необходимо собрать и сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой.
В природе вода в чистом виде (без солей) не встречается. Океаническая, морская, речная, колодезная и родниковая вода – это разновидности растворов солей в воде. Однако часто людям необходима чистая вода, не содержащая солей (используется в двигателях автомобилей; в химическом производстве для получения различных растворов и веществ; при изготовлении фотографий). Такую воду называют дистиллированной, именно ее применяют в лаборатории для проведения химических опытов.
Перегонкой можно разделить:
воду и спирт
нефть (на различные фракции)
ацетон и воду и т.д.
ХРОМАТОГРАФИЯ
Метод разделения и анализа смесей веществ. Основан на разных скоростях распределения исследуемого вещества между двумя фазами — неподвижной и подвижной (элюент). Неподвижная фаза, как правило, представляет собой сорбент (мелкодисперсный порошок, например оксид алюминия или оксид цинка или фильтровальная бумага) с развитой поверхностью, а подвижная — поток газа или жидкости. Поток подвижной фазы фильтруется через слой сорбента или перемещается вдоль слоя сорбента, например по поверхности фильтровальной бумаги.
Можно самостоятельно получить хроматограмму и увидеть сущность метода на практике. Нужно смешать несколько чернил и каплю полученной смеси нанести на фильтровальную бумагу. Затем точно в середину цветного пятнышка начнем по каплям приливать чистую воду. Каждую каплю нужно вносить только после того, как впитается предыдущая. Вода играет роль элюэнта, переносящего исследуемое вещество по сорбенту — пористой бумаге. Вещества, входящие в состав смеси, задерживаются бумагой по-разному: одни хорошо удерживаются ею, а другие впитываются медленнее и продолжают некоторое время растекаться вместе с водой. Вскоре по листу бумаги начнет расползаться настоящая красочная хроматограмма: пятно одного цвета в центре, окруженное разноцветными концентрическими кольцами.
Особенно большое распространение получила тонкослойная хроматография, в органическом анализе. Достоинства тонкослойной хроматографии в том, что можно использовать простейший и очень чувствительный метод детектирования – визуальный контроль. Проявлять невидимые глазу пятна можно различными реактивами, а также используя ультрафиолетовый свет или авторадиографию.
В анализе органических и неорганических веществ применяют хроматографию на бумаге. Разработаны многочисленные методы разделения сложных смесей ионов, например смесей редкоземельных элементов, продуктов деления урана, элементов группы платины
СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
Способы разделения смесей, используемые в промышленности немногим отличаются от лабораторных способов, описанных выше.
Для разделения нефти чаще всего используют ректификацию (перегонку). Более подробно этот процесс описан в теме «Переработка нефти».
Самыми распространенными методами очистки и разделения веществ в промышленности являются отстаивание, фильтрация, сорбция и экстракция. Методы фильтрации и отстаивания проводятся аналогично лабораторным метода, с той разницей, что используются отстойники и фильтры больших объемов. Чаще всего, эти методы используются для очистки сточных вод. Поэтому рассмотрим подробнее методы экстракции и сорбции.
Термин «экстракция» приложим к различным фазовым равновесиям (жидкость – жидкость, газ – жидкость, жидкость – твердое тело и т.д.), но чаще его применяют к системам жидкость – жидкость, поэтому чаще всего можно встретить такое определение:
Экстракция -метод разделения, очистки и выделения веществ, основанный на процессе распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями .
Одним из несмешивающихся растворителей обычно является вода, вторым – органический растворитель, однако это не обязательно. Экстракционный метод отличается универсальностью, он пригоден для выделения почти всех элементов в различных концентрациях. Экстракция позволяет разделять сложные многокомпонентные смеси зачастую эффективнее и быстрее, чем другие методы. Выполнение экстракционного отделения или разделения не требует сложного и дорогостоящего оборудования. Процесс может быть автоматизирован, при необходимости им можно управлять на расстоянии.
Сорбция — метод выделения и очистки веществ, основанный на поглощении твердым телом (адсорбция) или жидкостью-сорбентом (абсорбция) различных веществ (сорбатов) из газовых или жидких смесей.
Чаще всего в промышленности методы абсорбции используют для очистки газовоздушных выбросов от частиц пыли или дыма, а также токсичных газообразных веществ. В случае поглощения газообразных веществ, между сорбентом и растворенным веществом может протекать химическая реакция. Например, при поглощении газообразного аммиака NH3 раствором азотной кислоты HNO3 образуется нитрат аммония NH4NO3 (аммиачная селитра), который можно использовать в качестве высокоэффективного азотного удобрения.
Процесс, при котором происходит абсорбция растворенного вещества за счет протекания химической реакции называется хемосорбцией.
Адсорбцию также используют для очистки воды от химических растворимых примесей. Например, фильтры для питьевой воды работают на принципе адсорбции слоем активированного угля с ионами серебра. Помимо поглощения всем объемом жидкого сорбента (абсорбции), и поверхностным слоем сорбента (адсорбции), выделяют также сорбцию твердого тела или расплава (окклюзию). При сорбции паров твердыми веществами часто происходит капиллярная конденсация.
