Сепарирование - понятие из сферы техники, встречающееся в разных отраслях промышленности и производства. Оно означает разделение смесей на отдельные компоненты. Давайте разберемся, что представляет собой процесс сепарирования, какие бывают его виды и способы, где он применяется.
Что такое сепарирование: определение термина
Сепарирование (от латинского separatio - "разделение") - это процессы разделения смесей твердых, жидких и газообразных веществ на отдельные однородные фракции или компоненты. При сепарировании не происходит изменение химического состава исходных веществ, а лишь их пространственное разделение.
В основе процессов сепарирования лежат различия компонентов смеси по таким физическим или физико-химическим свойствам, как плотность, размер частиц, магнитные свойства, смачиваемость поверхности и другие.
Признаки и критерии, по которым ведется сепарирование
Разделение компонентов при сепарировании может вестись по следующим критериям и признакам:
- Размер частиц - используются методы ситового анализа, грохочения, классификации;
- Плотность веществ - применяются гравитационные методы разделения;
- Магнитные свойства частиц - основа магнитной сепарации;
- Смачиваемость поверхности частиц - используется, например, при флотации;
- Электропроводность частиц - принцип электрической сепарации;
- Радиоактивность веществ - радиометрическая сепарация;
- Коэффициент трения частиц - трибоадгезионная сепарация;
- Другие различия в физических и физико-химических свойствах частиц.
При этом стоит отметить, что свойства, по которым разделяют компоненты смеси, могут не совпадать со свойствами получаемых конечных продуктов сепарирования. К примеру, при разделении угля и пустой породы продукты могут иметь одинаковую плотность, но различаться по содержанию золы, что и определяет качество угля.
Основные способы и методы сепарирования
Существует множество способов и методов сепарирования в зависимости от агрегатного состояния исходной смеси и требуемых результатов разделения:
- Механические методы - грохочение, классификация, отсадка;
- Гидравлические методы - промывка на грохотах;
- Пневматические (воздушные) - воздушная сепарация;
- В жидких средах - отсадка, разделение в потоках жидкостей;
- Электрические - электростатическая и электродинамическая сепарация;
- Магнитные - используются различия в магнитных свойствах частиц;
- Флотационные - пенная флотация, масляная агломерация и другие;
- Радиометрические методы.
Зачастую для повышения эффективности процесса сепарирования и качества разделения компонентов используют комбинацию нескольких методов в одном аппарате-сепараторе.
Основные области применения процессов сепарирования
Процессы сепарирования (разделения) смесей широко используются:
- В горнодобывающей промышленности - для обогащения и очистки полезных ископаемых от пустой породы. Применяют гравитационные, магнитные, электрические и другие методы. Например, для обогащения руд цветных или черных металлов, угля, фосфоритов и др.
- В пищевой промышленности: При производстве молочных продуктов - для разделения и выделения молочного жира, белков и воды; При переработке зерна - для очистки от примесей (шелухи, минеральных частиц, сорной растительности).
- В фармацевтической промышленности - для выделения действующих веществ из растительного или другого сырья, очистки готовых лекарственных препаратов от посторонних примесей.
- В биотехнологиях и медицине – для разделения клеток крови, выделения стволовых клеток, разделения белков плазмы и других биологических жидкостей организма с целью научных исследований и клинических анализов.
- Во многих других отраслях промышленности и производства.
Устройства для проведения процессов сепарирования
Оборудование и устройства, предназначенные для разделения смесей веществ в процессах сепарирования, называют сепараторами .
Сепараторы классифицируют и различают:
- По используемым методам сепарирования - гравитационные, магнитные, электрические сепараторы и так далее;
- По конструкции и принципу работы - центробежные, вибрационные, барабанные, дисковые и другие;
- По области применения - для пищевой промышленности, горного дела, переработки отходов, очистки сточных вод и так далее.
Наиболее широко в промышленности применяются:
- Гравитационные сепараторы - отсадочные машины, винтовые сепараторы, концентрационные столы;
- Магнитные сепараторы - барабанные, роликовые, пластинчатые, на постоянных магнитах и электромагнитах;
- Пневматические (воздушные) сепараторы - циклоны, воздухоинерционные сепараторы, вибрационные грохоты с аспирацией и другие.
Факторы, влияющие на эффективность процессов сепарирования
На результаты процесса сепарирования и эффективность разделения компонентов смеси влияет целый ряд факторов:
- Состав исходной смеси веществ;
- Физико-химические свойства отделяемых компонентов;
- Параметры работы сепаратора - скорость вращения барабана, расход транспортирующего агента (воздуха, воды), напряженность электрического или магнитного поля и так далее;
- Конструктивные особенности используемого сепаратора.
В идеале в результате сепарирования должны получаться абсолютно чистые, стопроцентные фракции целевых компонентов без каких-либо примесей.
Однако на практике, как правило, реальными результатами являются:
- Продукты с преобладающим содержанием целевых компонентов;
- Промежуточные фракции с переменным составом.
Поэтому при выборе конкретного метода и оборудования для сепарирования учитывают все перечисленные факторы и особенности для получения оптимальных результатов.
Преимущества использования процессов сепарирования
Применение различных методов и процессов сепарирования дает ряд преимуществ:
- Повышение качества и ценности получаемой продукции за счет выделения целевых компонентов;
- Снижение потерь ценных компонентов со сточными водами и отходами производства;
- Возможность дальнейшей утилизации или вторичной переработки отделенных отходов;
- Экономия сырьевых, энергетических и других материальных ресурсов;
- Улучшение экологических показателей производства.
Таким образом, сепарирование является важным и неотъемлемым этапом во многих технологических процессах, позволяющим значительно повысить их эффективность.
Примеры применения сепарирования
Рассмотрим несколько конкретных примеров использования различных методов сепарирования в промышленности и производстве.
Сепарирование нефти
Нефть представляет собой сложную многокомпонентную смесь углеводородов и примесей. Для разделения этой смеси и получения целевых фракций (бензин, керосин, дизельное топливо и т.д.) используется ректификация - разделение жидкой смеси путем многократной конденсации и испарения в специальных аппаратах - ректификационных колоннах. Этот процесс является примером фракционной перегонки (дистилляции) - одного из видов сепарирования.
Магнитная сепарация руд
При обогащении железных руд широко применяется магнитная сепарация, основанная на различии магнитных свойств минералов. В магнитном поле из руды выделяется магнитный концентрат, представляющий собой железосодержащие минералы, а немагнитная фракция является отходом.
Воздушная сепарация зерна
На зерноперерабатывающих предприятиях для очистки зерна от легких примесей применяются различные воздушные (пневматические) сепараторы, использующие разницу в аэродинамических характеристиках частиц. В потоке воздуха из зерновой смеси удаляется бóльшая часть мелких частиц пыли, шелухи, соломы.
Недостатки и ограничения процессов сепарирования
Несмотря на многочисленные преимущества, у процессов сепарирования есть и определенные недостатки и ограничения:
- Высокая стоимость специального оборудования (сепараторов);
- Энергоемкость и высокие эксплуатационные расходы некоторых методов разделения;
- Невозможность разделения некоторых тонких и трудноотделимых примесей;
- Образование дополнительных отходов, требующих утилизации;
- Потери части целевого продукта с отходами и побочными потоками.
Тем не менее, несмотря на имеющиеся недостатки, применение сепарирования часто является обязательным для повышения эффективности и экологичности многих производств.
