Karışımları bileşenlerine ayırmak için uygulanan işlemler,
homojen bir fazdan bir diğerine madde transferine dayanır. Yöntemlerin mekanik
ayırma işlemlerinden farkı, yoğunluk veya tanecik büyüklüğü yerine çözünürlük veya
buhar basıncı farklarının kullanılmasıdır. "Kütle transfer
işlemleri", distilasyon, gaz absorbsiyonu, nem giderme, sıvı
ekstraksiyonu, katı ekstraksiyonu (leaching), kristalizasyon gibi teknikleri
içerir.
"Distilasyon"da birbiri ile karışan ve buharlaşabilen
bileşiklerden oluşan bir karışım, tek tek veya bazan gruplar halinde ayrılır.
Alkol ve su karışımının bileşenlerine; sıvı havanın azot, oksijen ve argona;
ham petrolün benzen, gaz yağı, fuel oil ve yağlama yağı stoklarına ayrılması
distilasyon örnekleridir.
"Gaz absorbsiyonu"nda bir gaz karışımındaki
çözünebilme özelliğindeki gaz, bir sıvı ile absorbsiyon yoluyla çekilir.
Amonyak ve hava karışımından amonyağın su ile yıkanarak alınması tipik bir
örnektir; çekilen gaz, distilasyonla sıvısından ayrılır.
"Nem giderme" işleminde sıvı faz, gaz akımından
ayrılan bileşen ile aynı bileşimde saf bir maddedir; yani çözücü ve çözünen
aynı maddedir. İnert veya taşıyıcı gaz sıvıda çözünmez. Örnek olarak su
buharının, soğuk bir yüzey üzerinde yoğunlaşarak havadan ayrılması ve karbon
tetraklorür gibi organik bir buharın azot akımından ayrılması gösterilebilir.
Nemlendirme işlemlerinde transfer yönü, sıvıdan gaz faza doğrudur.
"Sıvı-ekstraksiyonu (solvent ekstraksiyonu), bir
karışımın bir çözücüyle işlemine dayanır; çözücü karışımdaki bir (veya daha
fazla) maddeyi diğerlerinden daha fazla çözme özelliğindedir. İşlem sonunda
ayrılan çözücüyle-zengin faza ekstrakt, başlangıçtaki karışıma rafinat denir.
Rafinattan ekstrakta transfer edilen maddeye çözünen (solute), arta kalan kısma
da seyreltici adı verilir.
"Katı ekstraksiyonu (leaching)" işleminde
çözünebilen katı madde, bulunduğu inert katı içeren karışımdan, bir sıvı ile
çözülerek çekilir. Çözünmüş madde daha sonra kristallendirme veya buharlaştırma
yöntemi ile elde edilir.
"Kristalizasyon" çok saf düzgün-boyutlu tanecikler
elde etmede uygulanan bir işlemdir. Ayrılan safsızlıklar, eriyikte veya ana
sıvı içinde kalır.
Terminoloji
ve Semboller
Herhangi bir işlemde, iki akım L fazı ve V fazı şeklinde
tanımlanır. Genellikle yoğunluğu yüksek olan akım L ile, düşük olan V ile
gösterilir. Sıvı ekstraksiyonda istisnai bir durum vardır; rafinat ekstrakttan
daha hafif olsa bile L fazı, ekstrakt V fazı olarak kabul edilmiştir. Kurutmada
L fazı, katı ve içinde (veya üzerinde) kalan sıvıyı belirtir. Çeşitli
işlemlerdeki akımlar aşağıdaki şekilde tanımlanır.
Konsantrasyon:
Konsantrasyon, birim hacimdeki kütledir ve lb/mol (g/mol)
veya lb / ft3 (g / cm3) cinsinden verilir.
"Konsantrasyon" kelimesinin kullanımını genişletmek için mol (veya
kütle) kesirleri dahil edilir. Konsantrasyon ve mol kesri arasında,
c = r X
bağıntısı bulunur. X maddenin mol fraksiyonu, r karışımın molal yoğunluğu lb mol / ft3
(g mol / cm3), c konsantrasyondur lb / ft3 (g mol / cm3).
Kütle birimleri alındığında X = kütle fraksiyonudur, r ve c lb / ft3 (g / cm3) tür.
Akış ve konsantrasyon genel sembollerle gösterilir. V ve L
fazlarının akış hızları, V ve L ile tanımlanır. Bileşenler için A, B, C, v.s.
harflerinin kullanılması uygundur. Fazlar arasında sadece bir madde transfer
edildiğinde, A maddesi seçilir. L fazındaki bir bileşenin konsantrasyonu X, V
fazındakinin Y ile gösterilir. Bu durumda YA, V fazındaki A
bileşeninin, XB, L fazındaki B bileşeninin konsantrasyonudur. Bir
fazda sadece iki bileşen bulunursa, A nın konsantrasyonu X veya Y, B ninki 1 -
X veya 1 - Y dir; A ve B alt indise gerek olmaz.
Kararlı-akışlı kütle transferi işlemlerinde iki akım
bulunduğundan ve herbiri giriş-çıkış yaptıklarından, dört uç değer vardır.
Bunları tanımlamak için L fazının girdiği uç a, çıktığı uç b ile gösterilir. Bu
yoruma göre, "karşı-akımlı" akış için uç değerler, aşağıdaki şekilde
verilir.
Difüzyon İşlemleri ve Denge Konumu
Kütle transferi problemleri iki farklı yöntemle çözülür;
birinde denge konumu kavramı kullanılır, diğeri difüzyon hızına dayanır.
Yöntemin seçimi, işlemde kullanılan cihaza göre yapılır. Distilasyon,
katı-ekstraksiyonu, bazen sıvı-ekstraksiyonu problemleri denge-konumu
hesaplarıyla çözülür. Gaz absorbsiyonu ve dolgulu kulelerde yapılan diğer
işlemlerde difüzyon hızları dikkate alınır. Tüm kütle transferi hesaplarında
denge ilişkileri önemlidir.
GERİ (proje çalışmaları)
