AYIRMA İŞLEMLERİ
www.odevsitesi.com
1- EVAPORASYON
Evaporasyon çözücünün kaynatılarak uzaklaştırılması yolu ile çözeltinin su eldesi derişiklendirilmesi işlemidir. Evaporasyonda buhar tek bir bileşenden meydana gelir ya da buharda birkaç bileşen bulunsa bile bunları birbirinden ayırmak için herhangi bir işlem yapılmaz. Evaporasyon sonucunda ortaya çıkan atık sıvıdır. Genellikle istenilen derişiklendirilmiş çözeltidir. Fakat bazen, buharlaştırılan çözücü ana üründür.(deniz suyunun buharlaştırılması ile içilebilir su eldesi) Derişiklendirme, genellikle çözeltideki çözünenin çökmeye başlamasından önce durdurulur. Temel olarak evaporatör,çözeltinin kaynaması için bir ısı değiştirici, ve buhar fazını kaynayan sıvıdan ayırmaya yarayan bir cihaz içerir. Evaporasyon yapılan sıvı sudan daha akıcı veya güçlükle akabilecek kadar viskoz olabilir.
Endüstriyel operasyonlarda ekipman, genelde sürekli proses için düzenlenirken, ısı transfer yüzeyi büyük ölçüde arttırılır, kaynama çok daha şiddetli ve buhar değişimi daha hızlı olur. Köpürme, kabuk oluşumu, ısı hassasiyeti ve korozyon gibi problemler olabilir. Endüstride daha çok, çok kademeli evaporatörler kullanılmaktadır, böylece tek kademeli evaporatöre oranla verim arttırılır.
Evaporatör tipleri:
a) Uzun borulu dikey evaporatörler
– Yukarı akışlı (köpük yapıcı çözeltilerde)
– Aşağı akışlı (ısıya karşı duyarlılığı fazla)
– Zorlanmış sirkülasyonlu (viskoz çözeltilerde)
b) Karıştırıcılı evaporatör (sıvı direncini kırmak
için)
Çok kademeli evaporatör tasarımında:
– Yatay borulu evaporatörler
– Dikey borulu evaporatörler
– Zorlanmış dolaşımlı evaporatörler
– Düşey akışlı film tipi evaporatörler
2- DİSTİLASYON
Homojen bir sıvı karışımın buharlaştırılması sonucu oluşan ve buhar fazında birden fazla komponente sahip olan karışımın bir veya daha fazla komponentin saf
halde elde edilmesi istenilen operasyonlar için kullanılır. Örneğin alkol su karışmının komponentlerine ayırılması. Bir sıvı çözeltinin (komponentleri sıvı ve uçucu) komponentlerini birbirinden ayırmak için temel art, denge durumuna erişmiş buhar-sıvı sisteminde buharın, sıvı fazdan farklı bileşime sahip olmasıdır. Distilasyon probleminde genel bilgi, distilasyona tabi
tutulacak karışıma ait buhar ve sıvı fazlar arasındaki dengedir. Kaynama noktası diyagramlarından faydalanılır.Bu diyagramlar Rault Kanunundan (sistem
idealse) kullanılarak çizilir. Rault kanunu (A ve B’den oluşan karışımı göze alıyoruz.)
pA=PA.xA
PA: Çözelti sıcaklığındaki saf A komponentinin buhar basıncı
pA: Çözelti içinde xA mol fraksiyonunda A’nın kısmi basıncı
pB=PB.(1-xA)
P=PA+PB burdan toplam basınç P=pAxA+pB(1-xA)
A komponentinin buhar fazdaki mol fraksiyonu:
y=pA/(pA+pB)= PAxA/P
Rault kanunu,kimyasal yapı bakımından birbirine benzeyen ve moleküller arasında karşılıklı tesir olmayan karışımlara uygulanabilir(örnek olarak
benzen-toluen karışımı).
Bir sıvı faz ile dengede bulunan buhar için, A komponentinin(daha uçucu) B komponentine oranla relatif uçuculuğu:
aAB=(yA/xA)/(yB/xB)=PA/PB
Rault kanununa benzeyen diğer bir kanunda Henry kanunudur. Henry kanununa göre;
pA=H.xA (H: Henry sabiti)
Distilasyon Metodları:
a- Tek kademeli distilasyon
1- Flaş distilasyon
2- Kesikli distilasyon
3- Buhar distilasyonu
b- Fraksiyonal distilasyon
1- Riflaks ile sürekli distilasyon
2- Rektifikasyon
• Yanda: Viski distilasyonu
• Altta: Yakıtlardan amonyak,gas vs gibi yeni ürün oluşumu
3- EKSTRAKSİYON
Katı veya sıvı halde bulunan bir komponentin bir çözücü kullanılarak karışmış olduğu diğer kat veya sıvı komponentlerden kurtarılması işlemidir. Endüstrinin birçok kolunda rastlanılan bir işlemdir. Altın minerallerinden altının, bitkilerden ilaç endüstrisinin hammaddelerinin ve çiçeklerden esanslarının elde edilmesi bu işleme örnektir.
Çok değişik tipte cihaz kullanılmakla beraber başlıca 4 gruba ayrılır.
a- Büyük parçalar halindeki katılardan çözünebilen komponentleri ekstrakte edenler. Bu büyük parçalar gevşek yapılı olduklarından çözücü bunların her noktasına kolaylıkla ulaşır ve komponentin çözünme hızı oldukça yüksektir.
b- Çok değişik yapıda maddeleri kapsar ve bunlar az veya çok parçalanmışlardır. Parçalar arasında çözücünün akmasına yetecek kadar bir açıklık vardır ama yine de çözücü akımı büyük bir dirençle karşılaşır.
c- Çok ince öğütlmüş katı parçacıklardır. Çözücü fazı içerisinde devamlı süspansiyon durumunu muhafaza ederler.
d- Sıvı bir fazda çözünmüş bir komponent sıvı fazın kendisiyle karışmayan fakat o komponenti çözebilen diğer bir çözücü fazıyla ekstrakte edilir.
Doğal gaz ekstrasyonu Sıvı ekstraksiyonu
4- GAZ ABSORPSİYONU Bir gaz karışımda bulunan komponentlerden birini bu gaz karışımını bir sıvı faz ile temasa getirmek ve böylece gaz karışımdan uzaklaştırmak anlamına gelmektedir. Dolgulu kuleler,dolgu malzemelerini tipleri,dolgu kulelerinin yapılışı ve akışkanların kulede karşılaştıkları direnç göz önüne alınmalıdır. Kimya endüstrisinin ilk yıllarında absorplanması istenilen gazlar genellikle azot oksitler,klor,klorlu hidrojen ve diğer asidik koler olduğu için eski absorpsiyon kuleleri aside dayanıklı yapılmıştı.Üstelik bu gazlar oldukça düşük basınçta olduklarından gazın dolgu maddelerini geçişte karşıladığı direnç oldukça önemlidir. Basınç düşüşününönemli derecede olmadığı hallerde distilasyon,kampana raflı kulede yapılır. Gaz absorpsiyonu bugün daha çok dolgulu kulel dışında kalan çok değişik cihazlar içerisinde yapılmaktadır.
5- KURUTMA Daha çok katı veya katı hale yakın durumdaki maddelerden az miktardaki suyun uzaklaştırılması için kullanılır. Bu operasyonda önemli komponent katı maddedir.Endüstride karşılaşılan pek çok hallerde kurutma operasyonu suyun kaynama sıcaklığı altındaki bir sıcaklıkta uzaklaştırılması anlamını taşır. Kurutmada suyun uzaklaştırılması kurultulması istenen maddenin üzerinden geçirilen hava veya başka bir gaz karışımı ile yapıldığı için su buharı hava veya bu gaz karışımı ile birlikte bulunur. Bir kısım operasyonlarda taşıyıcı gazın kullanılmadığı da olur. Kurutucuların sınıflandırılması A-Tepsi veya konveyör üzerinde taşınan,yığın veya tabaka halindeki maddeler 1-Devamsız Kurutucular a-Atmosferik-Kompartıman b-Vakum-tepsi 2-Devamlı Kurutucular a-Tünel B-Tanecik halinde gevşek yapılı maddeler için 1-Döner kurutucular a-Standart tip b-Roto-Louvre 2-Turbo kurutucular 3-Konveyör kurutucular 4-Süzgeç kurutucu karışım sistemleri C-Devamlı bir tabaka halindeki maddeler için 1-Silindir kurutucular 2-Askı kurutucular D-Hamur veya kek teşkil eden maddeler için 1-Karıştırmalı kurutucular E-Çözelti halindeki maddeler için 1-Tek ve çift silindirli kurutucular 2-Püskürtmeli kurutucular F-Özel metodlar 1-Infrared radyasyon 2-Dielektrik ısıtma 3-Buzdan buharlaştırma 6-KROMATOGRAFİ Bir karışımın bileşenlerini, bunlara seçimsel ilgi gösteren iki ya da daha çok evreden oluşmuş sistemler arasında farklı göçlerine bakarak tanımak, gerektiğinde niceliklerini belirlemek amacıyla yapılan ve ayırma işlemine dayanan analitik yöntemdir.
Kromatografi terimi başlangıçta, örneğin bitkisel pigmentlerde olduğu gibi cisimleri renklerine göre ayırma işleminden kaynaklandı, ama zamanla uygulama alanı oldukça genişledi.Kromatografi günümüzde son derece duyarlı ve etkin bir ayırma yöntemi olarak kabul edilmektedir.
Duruma göre iki temel mekanizma uygulanır;
*Bileşikler ya iki sıvı evre arasında paylaşılır(bu durumda dağılım ya da paylaşım kromatografisinden söz edilir)
*Hareket halindeki bileşikler durağan katı bir evre yüzeyine bağlanır(bağlar yüzeysel ve fiziksel bir nitelik taşıdığında yüzde tutma kromatografisinden[tersinir bağ, bileşiğin bütünlüğünün korunması], buna karşılık harerketli ve yüzde tutulan bileşikler arasında gerçek kimyasal bağlar oluştuğunda iyon değişimi kromatografisinden söz edilir). Yüzde tutma kromatografisi ‘nde uygun biçimde seçilen bir katının, bir karışımın çeşitli bileşnlerine göre gösterdiği yüzde tutma farkından yararlanır.Katının yüzünde tutamadığı bir çözücü içinde çözünen bu karışım, dikey kolona toz biçiminde konan yüzde tutucu bir maddenin içinden geçirilir. Yüzde tutma katıları alüminyum, kalsiyum karbonat, magnezya, kömür, nişasta, selülöz vb. olmak üzere çok çeşitlidir.Yüzde tutma katısının seçiminde her özel durum için ayrı özen gösterilir ve genellikle yüzde tutulacak ürünü türüne göre saptanır.hayvansal yada bitkisel proteinlerin hidrolizi sonunda oluşan aminoasitlerin ayrılması, iyonsal yüzde tutma kromatografisi’yle gerçeleştirilir. Dağılım kromatografisi: Birbiriyle temas halinde bulunan,ancak karışmayan iki sıvı evre halinde ayrılacak karışımın bileşenlerinin gösterdiği çözünürlük farkından yararlanılarak yapılır. Bu nedenle bir maddenin, bir çözücüyle özütlenmesine benzer. Bu yöntemde sıvılardan biri hareketlidir ve ayrılacak karışımın çözücüsünü oluşturur, diğeri durağandır, kromatografi kolonunda yanlız taşıyıcı işlevi görev gözenekli bir katıda tutulur. Gaz evreli kromatografi: Uçucu bir sıvıda ya da bir gaz karışımdaki bileşenleri ayırmak için bu karışım, taşıyıcı (ya da vektör) bir gaz işlevi gören hidrojen, helyum, azot, karbondioksit vb. gibi bir başka gaz içinde seyreltilir. Hareketli evre olarak adlandırılan bu karışım, hareketsiz yada durağan evreyi oluşturan bir malzemeye ya da etki kömür gibi bir katı ya da çogunlukla dövünmüş bir tugla gibi eylemsiz katı taşıyıcıya emdirilmiş az uçucu bir sıvıyla dolu uzun bir kolon üzerine gönderilir. Pelte geçirimli kromatografi: Pelte geçirimli kromatografiye kimi zaman pelte üzerinde süzme de denir. Pelte geçirimli kromatografi, sentetik polimlerde olduğu kadar biyolojik ürünler alanında da önemli bir gelişme göstermiştir. Bu yöntemde moleküller,ağlaşık ya da şişkin bir polimler peltesinin gözeneklerinden geçebilme özelliklerine bağlı olarak boylarına gaöre ayrılır. Farklı boylarda moleküllerden oluşan bir çözelti, bu tür pelteden geçirilmek istendiğinde irilikleri belli bir boyutun altında olanlar, gözeneklere girer ve kolondan geçişleri böylece gecikir; buna karşılık diger moleküller polimer tanelerini ayıran ayalıklardan çözücüyle birlikte sürüklenerek akıp gider. Moleküller, irilerinin önce çıkması yoluyla boylarına da kütlelerine göre ayrılır.
7.ADSORPSİYON Bir maddenin konsantrasyonunun katı veya sıvı olan başka bir maddenin yüzeyinde değişmesidir.
Gazların katılar ve katıların gazlar tarafından adsorpsiyonu farklılık gösterir.Adsorpsiyon kimyasal ve fiziksel adsorpsiyon olmak üzere ikiye ayrılır. Fiziksel adsorpsiyonda adsorplanmış molekülleri yüzeyebağlı tutan kuvvetler Van der Waals kuvvetleridir.Katının bütün yüzeyini ilgilendirir. Adsorpsiyon dengesi daha çabuk ve iki yönlüdür. Daha az seçimseldir. Adsorplanmış tabaka birden çok molekül kalınlığındadır.Kimyasal adsorpsiyon ise kimyasal bir reaksiyonla meydana gelir. Adsorplanmış tabaka monomolekülerdir. Aktif merkez denilen bazı merkezlerde meydana gelir. Sabit sıcaklıkta adsorban tarafından adsorplanan madde miktarı ile denge basıncı veya konsantrasyonu arasındaki bağıntılar adsorpsiyon izotermleriyle gösterilir. Bu izotermler adsorpsiyon işlemini incelenmesinde yardımcı olur. 8.KRİSTALİZASYON Katı maddelerin çözücülerdeki çözünürlüklerinin farklı olmasından yararlanılarak çöktürmek suretiyle sıvı fazdan ayrılması işlemine kristalizasyon denir. Katı maddelerin bir sıvıdaki çözünürlüğü genelde sıcaklıkla artar. Çözücü genelde sudur. Sıcakta doygun hale getirilmiş çözelti soğutulursa,bu iki sıcaklık arasındaki çözünürlük farkı kadar madde kristallenerek ayrılır. Bu işlem için uygun bir beher alınır. Saf olmayan maddenin uygun bir çözücüde sıcakta doyurulmuş çözeltisi hazırlanır. Sıcak çözelti süzülerek çözünmeyen maddelerden ayrılır,soğumaya terkedilerek çözünmüş madde kristallendirilir. Sıvı kısım dekante edilerek kristaller kurutulur. Bu işlemlerde daima bir miktar madde çözeltide kalacağından verim tam olmaz ancak yüksek olabilir. Kaynakça:
1. Çataltaş,İhsan,” Kimya Mühendisliğine Giriş” 2.Ayırma İşlemleri Ders Notları 3.www.google.com 4.Kimya Laboratuarı-1 Deney Föyü
AYIRMA İŞLEMLERİ
ÖZLEM ATEŞ
98051023