La decanteren Volgens woordenboeken is het de handeling van decanteren, hoewel het vanuit chemisch oogpunt kan worden beschouwd als een techniek die wordt gebruikt om scheid een heterogeen mengsel, zijn er slechts twee soorten substantie-relaties die kunnen worden gescheiden.
Dit proces moet niet worden verward met de gravitationele scheiding (of sedimentatie), wat de scheiding van stoffen in water inhoudt, zoals organisch materiaal, zand en andere deeltjes. Decanteren is een zeer belangrijke techniek die gebruikt wordt voor afvalwater behandelenen ze zo te kunnen reinigen voor hergebruik.
Bij de uitvoering van dit proces kunnen twee soorten scheiding, ofwel decantatie door effect, worden waargenomen, aangezien de componenten kunnen worden gescheiden. verdunde vaste stoffen in vloeistoffenen twee vloeistoffen waarvan de dichtheid het niet toelaat dat ze mengen; hiervoor is het nodig om gebruik te maken van dos técnicas distintas voor elk van hen.
Om bepaalde bestanddelen uit andere vloeibare stoffen te extraheren, is het noodzakelijk om de zwaartekracht Dit is een handig hulpmiddel, zodat eventuele resten of overtollige stoffen naar de bodem van de container zakken en je ze zo kunt verwijderen.
Wat is decanteren?
Het staat bekend als decanteren Een fysische techniek die tot doel heeft heterogene mengsels te scheiden, dat wil zeggen een combinatie van twee stoffen met verschillende fasen, waarin de vaste stoffen in vloeistoffen, of dezelfde zolang ze maar dichter zijn dan de andere vloeistoffen, die vanwege deze eigenschappen bovenaan een bepaald mengsel moeten staan.
In essentie houdt decanteren het volgende in: Giet de bovenste vloeistof voorzichtig over. naar een andere container, waarbij de zwaardere vaste stoffen of vloeistoffen achterblijven. Deze methode is volledig gebaseerd op de werking van de zwaartekracht en door de dichtheidsverschillen tussen de componenten van het mengsel is er geen extra energie of complexe apparatuur nodig.
Deze methode wordt gebruikt voor de behandeling van afvalwater omdat hiermee elk type afvalwater kan worden geëxtraheerd. verontreinigende stof of afvalstoffen die in het mengsel aanwezig kunnen zijn, waardoor het bereiken van het water zuiveren zodat het weer optimaal geschikt is voor menselijke consumptie, of in ieder geval veel minder vervuilend voor het milieu.
Het is heel gebruikelijk om decanteren te associëren met, of te verwarren met... sedimentatie of zwaartekrachtscheidingDit is een veelgemaakte fout. Het verwarren van de twee processen is een belangrijke vergissing: zwaartekrachtscheiding verwijst meestal naar het simpelweg bezinken van deeltjes in water – bijvoorbeeld zand, organisch materiaal of sediment – ​​terwijl decanteren ook het bezinken van deeltjes in water inhoudt. gecontroleerde extractie van de ene fase ten opzichte van de andere (bijvoorbeeld door middel van een scheidtrechter of een klep), een belangrijk proces in laboratorium- en industriële toepassingen.
In industriële en laboratoriumcontexten wordt decanteren beschouwd als een goedkope methodeHet is zeer veelzijdig en gemakkelijk aan te brengen, en daarom essentieel in de chemie, biologie, waterzuivering, de farmaceutische industrie, de voedingsmiddelenindustrie en vele andere sectoren waar het nodig is. fasescheiding efficiënt.
Wat is een heterogeen mengsel?
Om beter te begrijpen hoe dit proces werkt, is het nodig te begrijpen wat een heterogeen mengselaangezien dit soort mengsels de mengsels zijn die met deze methode gescheiden kunnen worden.
In tegenstelling tot de homogene mengselsDeze mengsels, waarin de stoffen niet met het blote oog te zien zijn, staan ​​bekend om hun gebrek aan uniformiteit. Dit komt doordat ze zijn samengesteld uit twee of meer stoffen die fysiek niet dezelfde eigenschappen hebben, of zich in volledig verschillende toestanden bevinden, die op hun beurt ongelijkmatig verdeeld zijn. Deze mengsels zijn gemakkelijker te scheiden in hun componenten, en deze componenten zijn... schorsingen o grove mengselsafhankelijk van de verhoudingen en de grootte van de stof.
De grove mengsels Dit zijn alle materialen waarin de deeltjes met het blote oog zichtbaar zijn, zoals beton of sommige soorten sla, terwijl de schorsingen Het verschil zit hem in het feit dat de deeltjes na verloop van tijd kunnen bezinken, zoals talk in water, talk in olie of sommige medicijnen. De meeste van deze stoffen hebben een beschrijving met indicaties voor het gebruik ervan. Schud het product voor het openen.juist omdat de deeltjes zijn bezonken.
Binnen heterogene mengsels is decanteren vooral nuttig wanneer er sprake is van een duidelijke grens tussen fasen, zoals voorkomt in niet-mengbare vloeistof-vloeistofsystemen of in vloeistof-vaste stofsystemen waarbij de vaste stof duidelijk op de bodem van de container is afgezet.
Soorten bezinking
Decanteren kenmerkt zich door de scheiding van heterogene mengsels, die, in tegenstelling tot homogene mengsels, geen stoffen bevatten met opgeloste stof- en oplosmiddeleigenschappen in evenwicht. In plaats daarvan bestaan ​​ze uit twee fysiek verschillende stoffen waarvan de combinatie gemakkelijk waarneembaar is. De volgende technieken kunnen op deze mengsels worden toegepast: twee verschillende soorten decantatiedie variëren afhankelijk van de te scheiden stoffen, waaronder de volgende.
Vloeistof-vloeistof
Bij dit type procedure worden er twee gescheiden. niet-mengbare vloeistoffenDit betekent dat ze niet gemengd kunnen worden. Een klassiek voorbeeld hiervan is olie en water, omdat ze een totaal verschillende dichtheid hebben. De olie, die een lagere dichtheid heeft, zal altijd bovenop het water drijven, dat een hogere dichtheid heeft. Om dit soort processen in chemische laboratoria uit te voeren, wordt een [ontbrekende informatie - waarschijnlijk een specifieke methode of techniek] gebruikt. broomtrechter, die gedoopt is als de scheidtrechter, of van scheiding, om voor de hand liggende redenen.
In de chemie wordt dit type decantatie gebruikt om de vloeistof-vloeistofextractieDat wil zeggen, de overdracht van een opgeloste stof van het ene oplosmiddel naar een ander waarmee het eerste niet mengt. Dit maakt de isolatie, zuivering of concentratie mogelijk van stoffen die in kleine hoeveelheden aanwezig zijn, zowel in onderzoekslaboratoria als in industriële processen.
Vast-vloeibaar
Bij dit type decantatie is de aanwezigheid van een vast materiaalvan een stof in de vloeibare fase, waarin deze is afgezet. Dit type komt het meest voor, omdat de meeste heterogene mengsels uit deze twee stoffen bestaan.
Als een vloeistof bevat zwevende vaste deeltjesHet is gebleken dat, als gevolg van de zwaartekracht en het principe van Archimedes, het zinken van deeltjes naar de bodem of hun neiging om naar het oppervlak te drijven afhangt van hun dichtheid en grootte. Normaal gesproken blijft de vloeistof bovenop drijven; dit wordt sediment genoemd. supernatanten vaste materie, genaamd storting Het bezinksel zakt naar de bodem. Door decanteren kan de bovenstaande vloeistof worden verwijderd of, in andere gevallen, kan een onderste klep worden geopend om het bezinksel af te voeren.
Dit type decantatie wordt voornamelijk gebruikt voor de rioolwaterzuiveringVerwijdering van zand, slib, organisch materiaal en ander afval. Het wordt ook gebruikt bij het klaren van dranken, de extractie van plantaardige olie en de productie van wijn en azijn, waarbij de heldere vloeistof van de bezinkseldeeltjes moet worden gescheiden.
Om te begrijpen hoe een van deze procedures wordt uitgevoerd, kunnen we het eerder beschreven mengsel van water en olie als voorbeeld nemen. Deze mengsels worden gescheiden met behulp van een scheidtrechter. Het water, dat een hogere dichtheid heeft, zal zich altijd onder de olie bevinden. De olie wordt afgetapt door een kraantje open te draaien, waardoor de olie gecontroleerd vrijkomt. Er bestaan ​​echter ook meer rudimentaire en minder zorgvuldige manieren om dit proces uit te voeren, bijvoorbeeld met behulp van een eenvoudige houder die voorzichtig wordt gekanteld om de bovenste fase erin te gieten.
Algemene decanteerprocedure
Om met een van deze procedures te beginnen, is het noodzakelijk om de vaste stof scheidt zich praktisch vanzelf afDit gebeurt omdat de zwaartekracht zijn werk doet en ervoor zorgt dat het naar de bodem van de container zakt. Dit proces staat bekend als de basisdesintegratie van onzuiverheden en verbindingen, die de volgende eigenschappen bezitten: grotere massa in een bepaalde stof.
Bij vloeistof-vloeistofmengsels wordt het mengsel laten staan ​​totdat ze zich vormen. duidelijk onderscheiden lagenDe bezinkingstijd hangt af van het verschil in dichtheid, de viscositeit van de vloeistoffen en de aanwezigheid of afwezigheid van emulsies. Emulsies zijn fijnere mengsels waarin druppels van de ene vloeistof verspreid zijn in de andere, waardoor scheiding moeilijk is.
Bij veel waterzuiveringsprocessen worden ze vooraf toegevoegd. stollingsmiddelen en flocculanten (zoals ijzer(III)chloride, aluminiumpolychloriden, synthetische polymeren of geactiveerde koolstofpoeder) om de agglomeratie van zwevende deeltjes te bevorderen. Deze producten vergroten de grootte en het gewicht van de vlokken, waardoor het bezinkingsproces wordt versneld en een efficiëntere verduidelijking van het water.
Geavanceerde faciliteiten gebruiken microzand bezinkingstankswaarbij de vlokken zich hechten aan zeer fijne zanddeeltjes, waardoor ze in gewicht toenemen en sneller bezinken. Het bezinksel wordt aan de bovenkant van de tank opgevangen en stroomt door schuine lamellaire modules die de scheiding van de lichtere deeltjes verbeteren. Het geconcentreerde slib wordt continu vanaf de bodem naar specifieke behandelingseenheden gepompt.
De snelheid waarmee deeltjes vallen is evenredig met hun diameter en zijn volumetrische massaGrote, dichte deeltjes bezinken daarom sneller dan kleine, lichte deeltjes. Met dit principe wordt rekening gehouden bij het ontwerp van industriële bezinktanks, waarbij de verblijftijd, de tankhoogte en het debiet worden aangepast.
De scheidtrechter in het laboratorium
Een van de belangrijkste hulpmiddelen die in dit proces in het laboratorium worden gebruikt, is de scheidtrechterOok wel bekend als scheidtrechter of decanteerbol, is het essentieel om de juiste werking ervan te begrijpen om niet-mengbare vloeistoffen veilig en nauwkeurig te scheiden.
Hoe ziet een scheidtrechter eruit? Ontwerp en materialen
De scheidtrechter heeft meestal een bepaalde vorm. kegelvormig of peervormig (peervormig), met een onderste uiteinde dat eindigt in een sleutel of kraan, en een bovenste uiteinde met een stop.
Belangrijkste componenten uit de scheidtrechter:
- Trechterlichaam: een container waarin de te scheiden vloeistoffen worden geplaatst.
- kraan: maakt het mogelijk om de vloeistofstroom op gecontroleerde wijze te openen of te sluiten, waardoor de afzonderlijke fasen kunnen worden opgevangen.
- Bovenkap: sluit de trechter af tijdens het roeren van het mengsel, waardoor lekken en spatten worden voorkomen.
Gemeenschappelijke materialen uit de scheidtrechter:
- Borosilicaatglas: zeer bestand tegen chemische reacties en temperatuurschommelingen, ideaal voor de meeste laboratoriumwerkzaamheden.
- plastic (polypropyleen of Teflon): lichter en slagvaster, geschikt voor stoffen die glas kunnen aantasten of voor werkzaamheden waarbij een hogere mechanische veiligheid vereist is.
Veelvoorkomende varianten vanuit de trechter:
- Anders capacidadesVan enkele milliliters tot meerdere liters, afhankelijk van de werkschaal.
- Modellen met sleutels glas of Teflon, afhankelijk van chemische compatibiliteit en voorkeuren voor reiniging en onderhoud.
Hoe gebruik je de scheitrechter?
Dit is een van de belangrijkste gereedschappen die bij dit decanteerproces worden gebruikt, dus het is erg belangrijk om de juiste werking ervan te kennen, zodat wanneer er de mogelijkheid is om het te gebruiken, de stappen correct bekend zijn.
- Om te beginnen moet je giet de vloeistof binnenin de trechter, maar voordat je begint met het vullen ervan met deze substantie, is het nodig om te controleren of de De kraan hieronder is dicht.om ongewenste lekkages te voorkomen die het mengsel zouden kunnen veranderen.
- Vervolgens moet de trechter worden achtergelaten. Rusten gedurende een bepaalde tijd, zodat de aanwezige vloeistoffen volledig van elkaar kunnen worden gescheiden en goed gedefinieerde lagen vormen.
- Indien het nodig is de scheiding te verbeteren, kan dat gedaan worden. schud zachtjes Sluit eerst de stop van de trechter en houd deze stevig vast. Tijdens het schudden is het raadzaam de stop af en toe los te laten. interne druk door de kraan een klein beetje open te draaien met de trechter ondersteboven, vooral als er vluchtige oplosmiddelen zijn die gassen produceren.
- Om te beginnen met het legen van de dichtere vloeistofHet is nodig om er een bekerglas op de bodem te plaatsen, zodat het niet morst.
- De volgende stappen worden genomen Draai de kraan langzaam open. Sluit het precies op het moment dat de aanwezigheid van de dichtere vloeistof niet langer kan worden gedetecteerd, waardoor wordt voorkomen dat de bovenste fase eruit begint te komen.
- Tot slot moet u overgaan tot het verwijderen van de vloeistof met een lagere dichtheidHet is aan te raden dit van bovenaf te doen, door de dop te verwijderen en voorzichtig te gieten, omdat er waarschijnlijk resten van de andere substantie in de kraan achterblijven die deze kunnen vervuilen.
Het correcte gebruik van de scheidtrechter biedt meerdere voordelen in het laboratorium: het maakt het mogelijk om gecontroleerde scheidingHet vermindert productverlies, minimaliseert het risico op morsen en vergemakkelijkt de verwerking van complexe mengsels, met name in processen van vloeistof-vloeistofextractie.
Toepassingen en nut van decanteren
De decanteertechniek heeft een zeer breed inzetbaar Het wordt gebruikt in laboratoria, industriële processen en het dagelijks leven. De eenvoud, lage kosten en effectiviteit maken het een essentieel hulpmiddel voor het scheiden van mengsels in uiteenlopende contexten.
In scheikunde-, biologie- en geneeskundelaboratoria
In wetenschappelijke laboratoria wordt decanteren gebruikt om monsters voorbereidenHet verwijdert onzuiverheden, verandert oplosmiddelen en concentreert oplossingen. Het is essentieel voor:
- organische chemie: scheiding van reactieproducten met behulp van niet-mengbare oplosmiddelen, wassen van oplossingen om in water of organische oplosmiddelen oplosbare bijproducten te verwijderen, en zuivering van verbindingen.
- Farmaceutische industrie: zuivering van actieve ingrediënten, verwijdering van resterende oplosmiddelen en fasescheiding in de synthese- en formuleringsfasen.
- Biotechnologie en biologie: scheiding van waterige en organische fasen in extractieprocessen van metabolietenenzymen of eiwitten, die bijdragen aan de efficiënte winning van hoogwaardige biotechnologische producten.
Bij de behandeling en zuivering van water
In de milieukunde en bij waterzuiveringsinstallaties wordt sedimentatie beschouwd als een fundamentele stap. Het wordt toegepast bij:
- AfvalwaterzuiveringAfvalwater bevat organisch materiaal, zand, vet en andere zwevende deeltjes. In bezinktanks kunnen de zwaardere deeltjes naar de bodem zakken, waarna het gezuiverde water verder wordt gefilterd of gedesinfecteerd.
- WaterzuiveringBij de productie van drinkwater worden coagulatie-flocculatiestappen gevolgd door sedimentatie toegepast. Hierdoor worden klei, slib en andere fijne deeltjes verwijderd, waardoor de troebelheid afneemt en de waterkwaliteit verbetert vóór filtratie en desinfectie.
- MilieubeschermingBij de monitoring van verontreinigde rivieren, meren en bodems maakt sedimentatie de scheiding mogelijk van sedimenten van het water om de verschillende stoffen afzonderlijk te analyseren of om de verontreinigingsbelasting te verminderen voordat het water weer in het milieu wordt geloosd.
In de voedingsmiddelen- en drankenindustrie
Bij de verwerking van voedingsmiddelen en dranken helpt decanteren de kwaliteit te verbeteren. sensorische kwaliteit en productveiligheid. Enkele relevante voorbeelden zijn:
- Natuurlijke oliën verkrijgenVetten zijn niet oplosbaar in water. Daarom wordt bij de winning van plantaardige oliën (zoals olijf-, zonnebloem- of palmolie) decantatie gebruikt om de olie te scheiden van het water en de vaste resten van de pulp of zaden. Na het malen en roeren wordt het mengsel laten bezinken, zodat de fasen zich scheiden en de minder verzadigde olie wordt verwijderd.
- Wijn decanterenWijn bevat zwevende deeltjes afkomstig van de gisting en de druiven zelf. Na verloop van tijd bezinken deze deeltjes op de bodem van de fles of het vat. Decanteren wordt gebruikt om... scheid de heldere drank af. van fysiek afval, en in veel gevallen om de zuurstofvoorziening en de ontwikkeling van aroma's vóór het serveren te verbeteren.
- azijnproductieBij de raffinage van plantaardige azijn wordt decanteren gebruikt om deze te scheiden van zwaardere oliën of andere vloeibare fasen, waardoor een helderder en stabieler product wordt verkregen.
In de energie- en petrochemische industrie
Ook in de energiesector speelt decantatie een cruciale rol op verschillende punten in het proces:
- OlieraffinageTijdens de raffinage doorloopt aardolie verschillende stadia om koolwaterstoffen in gas- of vloeibare vorm te verkrijgen. Decantatie wordt gebruikt om lichtere fracties van zwaardere fracties te scheiden, waardoor de efficiëntie van de daaropvolgende destillatie- en behandelingsprocessen wordt verbeterd.
- Olie-winning op offshore platformsBij de winning van olie uit de zeebodem wordt deze doorgaans gemengd met zeewater. Door middel van decantatie worden de twee fasen gescheiden: de olie, die een hogere dichtheid heeft en specifieke eigenschappen bezit, wordt opgeslagen, terwijl het water na behandeling terugkeert naar de oceaan.
- Scheiding van biodiesel en glycerineBij de productie van biobrandstoffen uit plantaardige of dierlijke vetten ontstaat glycerine als een dichter bijproduct. Door decanteren kan de glycerine naar de bodem zakken en zich van de biodiesel scheiden, waardoor de zuiverheid van de resulterende brandstof verbetert.
Andere relevante toepassingen
Naast de bovengenoemde gevallen worden decantatie en bijbehorende systemen (zoals conische tanks of lamellaire bezinkingsbekkens) gebruikt in:
- Processen van smering en verwijdering van puin In werkplaatsen worden gebruikte oliën gescheiden van water en vaste deeltjes voordat ze als afval worden verwerkt.
- Lineas de olijfolie-extractiewaarbij conische of afgeknotte conische bodemtanks met variërende hellingshoeken worden gebruikt om water, restproducten en vaste stoffen na centrifugatie te scheiden. Een goed ontwerp en een nauwkeurige beheersing van het zuiveringsproces voorkomen defecten in extra vierge olijfolie en maken aanpassing aan verschillende olijfvariëteiten mogelijk.
In al deze scenario's is het cruciaal om optimaal gebruik te maken van de verschil in dichtheden en het effect van de zwaartekracht, het ontwerpen van apparatuur en protocollen die een schone, veilige en kosteneffectieve scheiding mogelijk maken.
Over het algemeen wordt de decanteertechniek, en de variaties daarop, een essentieel hulpmiddel voor iedereen die met heterogene mengsels werkt, van beginnende laboratoriumstudenten tot professionals die grote industriële installaties beheren. Het biedt namelijk een directe, economische en veelzijdige manier om betrouwbare scheidingen te realiseren zonder de chemische aard van de componenten te veranderen.