Ayırma (proses mühendisliği)

Bir ayırma işlemi , karışık maddeleri birbirinden ayırmak için farklı fiziksel ve kimyasal özellikleri kullanır . Madde karışımlarının ayrılması, en önemli temel prosedür işlemlerinden biridir. Kimyasal reaksiyonların hammaddelerinin ve ürünlerinin çoğu , maddelerin karışımlarıdır. Bunların daha sonraki işlemler için ayrılması gerekir.

Atık su arıtma ve ayırma hafif ve kompozit paketinden geri dönüşümlü malzemelerden ( sarı çuval ) ayırma işlemi arasında yer almaktadır. Metalurjide, eriyik olarak bulunan metallerin malzeme ayrımı, arıtma teknik terimi altında özetlenir.

önem

Ayırma işlemleri, kullanılan sermayenin % 40-90'ından ve endüstriyel üretimin işletme maliyetlerinden sorumlu oldukları için büyük ekonomik öneme sahiptir . Kullanılan ayırma işlemleri arasında yıkama, özütleme, presleme, kurutma, arıtma, buharlaştırma, kristalleştirme ve filtreleme yer alır. Pek çok ayırma işlemi genellikle birbiri ardına gerçekleştirilir. Ayırma işlemlerinin farklı işlevleri vardır:

  • Hammaddelerin ve ürünlerin saflaştırılması ve yan ürünlerin ayrılması
  • Çözücülerin ve reaksiyona girmemiş reaktanların ( ham maddeler) geri dönüşümü
  • Kirletici maddelerin atık sudan ve havadan uzaklaştırılması

Sınıflandırma

Heterojen karışımlar (örneğin sıvı ve katı ), filtrasyon veya santrifüj gibi mekanik ayırma işlemleriyle ayrılabilir . Homojen karışımlar, moleküler ayırma işlemleriyle ayrılabilir. Moleküler ayırma süreçleri ya denge temelli ya da hız kontrollüdür. Denge esaslı ayırma işlemlerinde, farklı bileşimin iki karışmaz fazı oluşur, buna bir örnek damıtmadır (damıtmada buhar sıvıdan farklı bir bileşime sahiptir). Hız kontrollü süreçler, bir ortam yoluyla bileşiklerin farklı taşıma hızlarına dayanır; bunların örnekleri, adsorpsiyon, iyon değişimi veya kristalizasyondur.

Homojen bir karışım, bir " enerji ayırma maddesi ", bir " kütle ayırma maddesi ", bir bariyer veya harici alanlar ile iki faza ayrılabilir . Enerji ayırma ajanları ikinci bir faz yaratır (bu, bileşimdeki ilk fazdan farklıdır ve onunla karışmaz); endüstride en sık kullanılan teknikleri içerirler. Örneğin, bir sıvıya (birinci aşama) ısı (salım ajanı) eklenmesi, buhar oluşumuna (ikinci aşama) neden olur. Kütle salım ajanları diğer kimyasallar veya maddelerdir. Bu absorbe bunlar (sorpsiyon, ekstraktif destilasyon veya çıkarılması için), sıvı formda veya katı (adsorpsiyon ya da iyon değişimi) halinde ya da, ya da seçici olarak ürünlerin bir çözülür. İki bileşikten yalnızca birini tutan ancak diğerini tutmayan ( yarı geçirgen membranlar ) bir bariyerin kullanılması, uygulamalarında daha az yaygındır; dış alanlar yalnızca özel uygulamalarda kullanılır.

Termal ayırma işlemleri

Termal ayırma işlemleri, termodinamik faz dengesinin kurulmasına dayanan tüm ayırma işlemleridir . Esasen üç farklı ayırma süreci vardır.

Kaynama noktası nedeniyle ayrılma

  1. Olarak rektifikasyon ve damıtma , bir denge bir sıvı faz ve bir buhar fazı (ya da gaz fazı) arasında kurulur. Ayırma burada tekrarlanan buharlaştırma ve yoğunlaştırma ile gerçekleşir. Bu yöntem, çok farklı kaynama noktalarına sahip bileşenler için iyi çalışır , ancak azeotropik sistemler için başarısız olur . Azeotropik karışımları ayırmak için kullanılan yöntemler örneğin
  2. Kurutma sırasında , bir sıvı ile bir katı ve gaz fazı arasında bir dağılım dengesi kurulur. Kurutma, en yaygın termal ayırma işlemlerinden biridir.
  3. Sıyırma sırasında maddeler (örneğin nem) sıvı fazdan gaz fazına desorpsiyon işlemleriyle aktarılır . Bu amaçla, sıvı faz, karşı akım prensibi kullanılarak (su buharını emebilen kuru bir gazla kurutma için) bir gazla temas ettirilir.
  4. Madde özelliklerini değiştirmek amacıyla yakma .

Donma noktası nedeniyle ayrılma

  1. Zaman üzerinden dondurucu , bir maddenin soğutulması ile bir çözeltiden tatbik edilir. Bu işlem, çok farklı donma noktalarına sahip bileşenler için ve bazı durumlarda azeotropik olarak kaynayan sistemleri ayırmak için kullanılır. Proses mühendisliğinde katıya geçiş nedeniyle donmaya kristalleşme denir . Statik (süreksiz) ve dinamik (sürekli) kristalizasyon arasında bir ayrım yapılır.

Süblimasyonla ayırma

  1. Süblimleşme durumunda katı, doğrudan katı kümelenme durumundan gaz halindeki kümelenme durumuna değişir . Daha sonra süblimleştirilmiş madde, soğutulmuş bir yüzey üzerinde katı halde bırakılır. Kontaminasyonun süblimasyon buhar basıncı, geri kazanılacak değerli materyalden yeterince farklıysa, bu nadiren kullanılan termal ayırma işlemi etkilidir. Süblimasyon yöntemi çoğunlukla laboratuvar ölçeğinde kullanılır. Bir bir örneği ölçeklendirme teknik ve ekonomik açıdan ilgili boyutlarda olan dondurarak kurutma .

Çözünürlük nedeniyle ayrılma

Çözünürlük bazen diğer ayırma etkilerine bağlı olan bir malzeme özelliğidir.

Mekanik ayırma işlemleri

Mekanik ayırma prosesleri bileşenlerin mekanik özelliklerindeki farklılıklar kullanın. Bunlar ayrıca görsel veya optik yansıtıcı özellikler olabilir.

  • Hedeflenen kaldırma yoluyla toplama
  • Toplamı ayırarak sıralama
  • Hava patlamasıyla ayırma z. B. "Kokuşmuş çekirdeklerin" kavrulmuş rengine göre yüksek yağ içerikli kahve çekirdeklerinin

Yüzey ıslanabilirliği nedeniyle ayırma

  • Yüzdürme , ince taneli katı karışımların, parçacıkların farklı yüzey ıslatılabilirliği nedeniyle hava kabarcıklarının yardımıyla sulu bir bulamaçta (süspansiyon) ayrıldığı bir ayırma işlemidir.

Yoğunluk nedeniyle ayrılma

Madde karışımlarının yoğunluk farklılıkları aşağıdaki yöntemlerle kullanılabilir.

Partikül boyutuna bağlı ayırma

Partikül ataletine bağlı ayırma

Hareketleri kullanırken , parçacıkların ataleti ayırma için kullanılabilir.

Mıknatıslanabilirlik nedeniyle ayrılma

Magnetisability olduğu için kullanılan manyetik malzeme özellikleri .

Elektriksel hareketlilik nedeniyle ayrılma

Kimyasal reaksiyonlar sonucu ayrılma

Reaksiyonların seyri fiziksel özellikleri değiştirir ve bu da ayırma için kullanılabilir.

Bölge eritme işlemi yüksek saflıkta üretimi için tek kristaller veya metaller safsızlıkların gerçeğini kullanır Eriyik (alt, daha enerjik olarak uygun bir kimyasal ortam kimyasal potansiyele göre) katı ve dolayısıyla eriyiği içine katı göç .

Edebiyat

Bireysel kanıt

  1. ^ A b c André B. de Haan, Hans Bosch: Endüstriyel ayırma süreçleri: temeller . De Gruyter, Berlin 2013, ISBN 978-3-11-030669-9 .