Kütle transfer işlemleri, akış hızı bir maddenin (kütlenin) bir fazdan diğerine varsayım ve moleküler difüzyon yoluyla transfer hızı ile belirlenen bu tür teknolojik işlemler olarak adlandırılır: absorpsiyon, damıtma ve doğrultma, ekstraksiyon, kurutma, adsorpsiyon , kristalizasyon vb.

Kütle transferi, bir maddenin (veya birkaç maddenin) bir fazdan diğerine dengeyi sağlama yönünde geçiş sürecidir ve aşağıdakilerle karakterize edilir: eşitlik t-p ve faz basınçlarının yanı sıra kimyasalların eşitliği. birlikte var olan fazlarda her bileşenin potansiyelleri. c.-l transferinin itici gücü. bir fazdan diğerine bileşen - etkileşimli fazlarda bu bileşenin kimyasal potansiyellerindeki fark. Bileşenin geçişi, kimyasalını azaltma yönünde gerçekleşir. Kütle transferine en az 3 madde katılır - birinci fazı oluşturan dağıtıcı madde, ikinci fazı oluşturan dağıtıcı maddeler, bir fazdan diğerine geçen dağıtılmış madde.

Kalsinasyon, yoğuşma, buharlaşma, buharlaşma ve hidromekanik gibi birçok termal işlem. - yüzdürme, gazla yıkama, karıştırma - kütle aktarımı eşlik eder.

çıkarma- Bu, seçici çözücüler - özütleyiciler kullanılarak çözeltilerden veya katılardan bileşenlerin çıkarılması işlemidir. Ayırma, özütleyici içindeki karışımın bileşenlerinin farklı çözünürlüklerine dayanır. Ustalıkla seçilmiş bir özütleyici, karışımdan yalnızca ilgilendiğimiz bileşeni izole etmemize izin verir. Rektifikasyonun aksine, ekstraksiyon hemen saf bir madde üretmez: yeni bir karışım oluşur - ekstraktan içinde istenen bileşenin bir çözeltisi. Ve son ayırma için başka bir kütle transfer işlemi kullanmak gerekir. Bu nedenle, ekstraksiyon esas olarak ilk karışımın diğer yöntemlerle ayrılmasının zor olduğu durumlarda kullanılır.

Kurutma. Bu, katı maddelerden nemin buharlaşma yoluyla uzaklaştırılmasıdır. Kurutma, gübrelerin kekleşmesini azaltır, kömür ve turba kalitesini iyileştirir ve malzeme taşıma maliyetini düşürür. Bu nedenle kurutma, kimya teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu süreç genellikle bitmiş ürünün piyasaya sürülmesinden önceki son üretim aşamasıdır. Tipik olarak, endüstri konvektif, temaslı ve radyasyonlu kurutma kullanır.

Konvektif kurutma sırasında malzemeye sıcak hava veya baca gazları üflenir. Kurutma hızı oldukça yüksektir. Bununla birlikte, doğrudan ısıtma her zaman mümkün değildir - birçok malzeme atmosferik oksijen, baca gazları ile temastan bozulur. Bu durumlarda, temasla kurutma kullanılır - burada ısı, duvardan kurutulmuş malzemeye aktarılır. Filmleri, ince tabakaları, boya kaplamalarını kurutmak için, ısının kızılötesi ışınlarla verildiği radyasyonla kurutma sıklıkla kullanılır.

çıkarma- bir veya daha fazlasının çevirisi. bileşenleri katı gözenekli bir gövdeden sıvı faza seçici kullanarak. çözücü (özütleyici); kimyanın kütle aktarım süreçlerinden biridir. teknoloji. Ekstraksiyon, sıvı ekstraksiyonundan önemli ölçüde farklıdır, kenar heterojen olarak ilerler. sıvı-sıvı sistemi. Çıkarma sırasında katı gövdelerin boyutları önceki işlemler (taşlama) tarafından belirlenir.
Temelde farklı iki ekstraksiyon yöntemi vardır: çözünmüş maddenin ekstraksiyonu ve katı maddenin ekstraksiyonu. Çözünmüş maddenin ekstraksiyonu durumunda, katı cismin gözenekli hacmi, ekstrakte edildiğinde gözenekli cismin dışına yayılan hedef bileşenin çözeltisi ile doldurulur. Klasik bir örnek, işleme sırasında pancar cipslerinden şeker çıkarılmasıdır. sıcak su. Katının gözenekli hacmini dolduran hedef bileşen katı haldeyse, bir katının in-va ekstraksiyonu gerçekleşir. Katı bir cisim bir özütleyici ile işlenirken, difüzyon aşamasından önce hedef bileşenin çözünme aşaması gelir. Her iki durumda da, gözenekli atıl iskelet ya değişmeden kalır ya da belirli değişikliklere uğrar.
ana ekstraksiyon aşamaları şunları içerir: 1) hammaddelerin ve özütleyicinin hazırlanması (hammaddelerin temizlenmesi ve öğütülmesi, çözeltinin ısıtılması); 2) Aparattaki katı ve sıvı fazların doğrudan teması olarak adlandırılır. ekstraktör; 3) sistem katı faz - çözeltinin ayrılması (çökeltme, filtreleme, santrifüjleme).
Balo. özütleyiciler oldukça seçici, kolayca yeniden üretilebilir ve nispeten ucuz olmalıdır. Bu tür gereksinimler su, etanol, benzin, benzen, CC14 aseton, çözeltiler to-t, alkaliler ve tuzlarla karşılanır.
Ekstraksiyon hızı ve mekanizması, yapısal özellikleri doğası ve teknolojisi ile belirlenen katı gözenekli cisimlerin yapısından önemli ölçüde etkilenir. Ekstraksiyondan önceki aşamalarda işleme. Bu tür cisimler, izotropik veya anizotropik bir yapıya sahip olabilir. İzotropik cisimler her yönde aynı yapıya sahiptir. Bu koşul, birbirine yapıştırılmış çok küçük parçacıklardan oluşan gövdelerin yanı sıra bir hayvanın veya büyümenin gövdesi tarafından karşılanır. Hücresel bir yapıya sahip köken. Karşılıklı mod ile termodinamiğin ikinci yasasına göre. katı ve sıvı fazlar, halleri dengeye ulaşma yönünde değişir, bir kesim kimyasalın eşitliği ile karakterize edilir. katı bir cismin hacminde ve esas olarak in-va'da çıkarılan potansiyeller. özütleyicinin ağırlığı. Çözünmüş bir maddeyi ekstrakte ederken, bu, her iki fazdaki konsantrasyonlarının eşitliğine eşdeğerdir; hedef bileşen katı faz tarafından adsorbe edilirse koşul ihlal edilir, o zaman denge adsorpsiyon izotermi tarafından belirlenir. Bir katı in-va çıkarırken, denge, özütleyici ile temas halinde olan hedef bileşenin p-değerinden kaynaklanır; ana konsantrasyonunun katı bileşeninin tamamen çıkarılması ile. çözeltinin kütlesi ve gözenekli hacimde hizalanır.
Kinetik çıkarma, kütle transferi, konvektif ve iskele yasalarına uyar. difüzyon, ayrıca ekstrakte edilen maddenin katı fazdan sıvıya transfer yasaları. Hedef bileşenin transferi için itici güç, kimyasalındaki farktır. fazlardaki potansiyeller. Uygulamada, işlemin hızı ile malzeme akışlarının bileşimi arasındaki ilişkiyi basitleştirmek için, ekstraksiyonun itici gücü, fazlarda ekstrakte edilen maddenin zamanla değişen konsantrasyon gradyanı cinsinden ifade edilir.

Genel bilgi. Kütle transferi süreçleri bir veya daha fazla maddenin bir fazdan diğerine geçişi ile karakterize edilir. Aşağıdaki ortak özelliklere sahiptirler.

1. Homojen ve heterojen sistemlerde kütle transferi bu sistemlerin ayrılmasına yol açar.

2. Herhangi bir kütle transfer sürecinde en az iki faz söz konusudur: sıvı ve buhar, sıvı ve gaz, katı ve gaz-buhar, katı ve sıvı, iki sıvı.

3. Bir fazın diğerine geçişi, difüzyon nedeniyle gerçekleştirilir, bununla bağlantılı olarak kütle transfer işlemlerine genellikle difüzyon işlemleri denir.

4. itici güç süreç, yayılabilir bileşenin konsantrasyonundaki farktır. İşlem, bileşen konsantrasyonunun daha düşük olduğu faz yönünde ilerler.

5. Maddenin bir fazdan diğerine transferi, dedikleri gibi, fazların durumunun dengede olduğu faz sınırı boyunca gerçekleşir.

6. Bir maddenin bir fazdan diğerine geçişi, denge durumuna ulaşıldığında tamamlanır. Bu durumda, faz sınırı boyunca moleküllerin değişimi durmaz, ancak her iki fazdaki bileşenlerin konsantrasyonları değişmeden kalır ve denge durumuna eşit kalır.

7. Kütle transfer süreçleri tersine çevrilebilir. Bu, faz dengesi yasaları tarafından belirlenen sürecin yönünün, her iki fazdaki bileşenlerin gerçek konsantrasyonuna ve dış koşullara (basınç, sıcaklık) bağlı olduğu anlamına gelir.

Ana kütle transfer süreçleri şunları içerir:

1. Emilim - bir sıvı tarafından bir buhar veya gazın emilmesi. Bu durumda bir maddenin gaz veya buhar fazından sıvı faza geçişi gerçekleşir. Ters işlem, yani bir sıvıdan gazın salınmasına desorpsiyon denir.

2. Adsorpsiyon - bir gaz veya sıvıdan bir veya başka bir bileşenin katı bir gövdesinin yüzeyi tarafından absorpsiyon işlemi. Adsorpsiyon sırasında bir madde buhar, gaz veya sıvı fazdan katı faza geçer. Ters işlem, yani emilen gaz veya sıvı bileşenin katı bir cismin yüzeyinden geçişine desorpsiyon denir.

Absorpsiyon ve adsorpsiyon süreçleri genellikle birleştirilir yaygın isim- sorpsiyon süreçleri.

3. Ekstraksiyon (ekstraksiyon) - bir maddenin sıvı veya katı gözenekli bir gövdeden bir sıvı ile seçici olarak ekstraksiyonu. Bu durumda sıvı veya katı fazdaki madde sıvı faza geçer.

4. Rektifikasyon - sıvı ve buhar fazlarının bileşenlerinin tekrarlanan karşılıklı değişimi ile homojen sıvı karışımların ayrılması. Damıtma işleminde, maddeler sıvı fazdan buhar fazına geçer ve bunun tersi de geçerlidir.

5. Kurutma - buharlaşma yoluyla katı, plastik ve sıvı malzemelerden nemin uzaklaştırılması. Bu durumda, malzemelerden gelen nem buhar veya gaz fazına geçer.

6. Kristalizasyon - katı fazın çözeltilerden ayrılması. Madde sıvı fazdan katı faza geçer. Kristalizasyon ayrıca sıvı eriyiklerin katı kristalli maddelere dönüştürülmesi işlemlerini de içerir.

7. Çözünme - katı fazın sıvıya geçişi. Aslında, bu süreç kristalleşmenin ters süreci olarak adlandırılabilir.

Toplu yemek servisinde, belirli ürünlerin hazırlanması için toplu transfer işlemlerinin bir kısmı gerçekleştirilir. Bu tür işlemler şunlardır: çözünme, kristalizasyon, kurutma, ekstraksiyon ve bazı durumlarda rektifikasyon. Diğer kütle transfer süreçleri eşlik eder. Sorpsiyon işlemleri, ekstraksiyon, çözündürme, kurutma, pişirme ve kızartmaya eşlik eder. Kristalizasyon, mutfak ürünlerinin soğutulması ve dondurulmasıyla ilgili işlemlere eşlik eder.

SORPSİYON SÜREÇLERİ

EMME İŞLEMİ

Sürecin ve kapsamın özü. Daha önce bahsedildiği gibi, absorpsiyon, gaz veya buharların gaz veya buhar-gaz karışımlarından sıvı emiciler tarafından absorplanması işlemidir. Bu durumda emicilere emici denir ve emilen gaza emici denir. Fiziksel absorpsiyonda, emici ile emici arasında kimyasal bir etkileşim yoktur. Aralarında kimyasal bir reaksiyon meydana gelirse, işleme kemisorpsiyon denir.

Absorpsiyon işlemlerini gerçekleştirmek için seçici, seçici yeteneğe sahip emiciler kullanılır. Emicilerin seçiciliği, yalnızca belirli bir bileşeni emen emicileri seçerek en karmaşık gaz karışımlarını ayırmayı mümkün kılar.

Absorpsiyon işlemlerine genellikle termal işlemler eşlik eder. Aynı zamanda, çoğunda ısı açığa çıkar.

Birçok endüstride, gaz karışımlarından değerli bileşenleri çıkarmak ve çeşitli gaz sistemlerini zararlı kirliliklerden temizlemek için absorpsiyon işlemleri yaygın olarak kullanılmaktadır.

Catering'de, çeşitli meyve suları, içecekler ve suyu karbondioksit ile doyurmak için absorpsiyon kullanılır. Absorpsiyon bazen depolarda ve depolama tesislerinde hava nemini azaltmak için kullanılır. Bu durumda, emici nem buharıdır ve emici konsantre asitlerdir.

Absorpsiyon işleminin fiziksel özü, gazların bir sıvı içinde çözünmesidir.

Absorpsiyon işlemlerini gerçekleştirmek için tasarlanmış aparat. Bu tip cihazlara emiciler denir. Modern emiciler üç ana gruba ayrılabilir: yüzey ve film; paketlenmiş; kabarcıklanma (tabak şeklinde).

Film tipi bir soğurucunun şematik bir temsili, şekil 2'de gösterilmektedir. 47. Sıvı, ince bir film şeklinde tüplerin iç yüzeyi boyunca hareket eder. Ona doğru aşağıdan yukarıya doğru ayrılacak gaz yükselir. Film emiciler küçük bir arayüzey yüzeyine sahiptir.

Pirinç. 47. Film tipi emicinin şeması:

1 - gaz girişi için branşman borusu; 2 – emici gövde;

3 – emici giriş için branşman borusu; 4 - gaz çıkışı için branşman borusu;

5 - tüpler; 6

Paketlenmiş tip emicilerde (Şekil 48), arayüzü arttırmak için bir halka veya başka bir paket olan sözde bir paket kullanılır. katı cisimler. Bu ambalaj sütunlara yerleştirilir. Sprinklerden gelen emici sıvı, paketleme yatağına girer. Tüm elemanları, yani bireysel halkalar, sıvı bir film ile kaplanmıştır. Emici, memeden aşağı akar ve cihazdan boşaltılır. Ayrılacak gaz yükselir. Emici sıvı tarafından emilir.

Pirinç. 48. Paketli tip emici şeması:

1 - gaz girişi için branşman borusu; 2 - aparatın gövdesi; 3 -meme;

4 – emici giriş için branşman borusu; 5 - gaz çıkışı için branşman borusu;

6 – emici çıkış için branşman borusu

Kabarcık emiciler de yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 49). Bu cihazlarda ayrılacak gaz karışımı bir sıvı tabakasından geçer. Sıvı, kolonun tepesinden delikli bölmeye girer ve bölmeden bölmeye dikey taşma borularından akar. Gaz, elek tepsileri adı verilen delikli bölmelerden geçerek aşağıdan yukarıya doğru yükselir.

Pirinç. 49. Elek tepsili bir köpüren emicinin şeması:

1 2 - aparatın gövdesi;

3 - elek plakaları; 4 - gaz çıkışı için branşman borusu;

5 - su girişi için boru; 6 - taşma boruları;

7 - gaz giriş borusu

ADSORPSİYON SÜRECİ

Sürecin özü ve kapsamı. Yukarıda bahsedildiği gibi, adsorpsiyon, bir gaz, buhar karışımı veya çözeltiden bir veya daha fazla bileşenin bir katı tarafından absorplanması işlemidir. Bir bileşeni emen bir katıya adsorban denir. Emilen maddeye adsorban denir. Adsorpsiyon ile absorpsiyon, katının yüzeyi tarafından gerçekleştirilir. İki tür adsorpsiyon vardır: fiziksel ve kimyasal (kimyasal adsorpsiyon). Fiziksel adsorpsiyonun özü, adsorban ve adsorban moleküllerinin karşılıklı çekiminde yatar. kimyasal etkileşim onların arasında. Kemisorpsiyon sırasında, adsorban ile adsorban arasında kimyasal bir reaksiyon meydana gelir.

Fiziksel adsorpsiyon tersinirdir, kimyasal adsorpsiyon her zaman tersinir değildir.

Adsorbanın yüzeyinde su buharının adsorpsiyonu sırasında yoğunlaşmaları meydana gelebilir. Kondensat, adsorbanın gözeneklerini doldurur ve bu nedenle, bu durumda adsorpsiyona genellikle kılcal yoğunlaşma denir. Bu işlemler, gazların temizlenmesi ve kurutulması, çözeltilerin temizlenmesi ve arıtılması, gazların ve sıvıların ayrılması için çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Gıda endüstrisinde ve halka açık yemek servislerinde, çeşitli şurup, meyve suları ve et sularını berraklaştırmak için adsorpsiyon kullanılır.

Adsorbanlar ve adsorpsiyon kapasiteleri. Adsorpsiyon işleminin yoğun bir şekilde devam etmesi için adsorbanlar kullanılır. katılar geniş bir spesifik yüzey alanına sahip kılcal damarlar veya gözenekler tarafından delinir. Kılcal damarların çapına bağlı olarak, adsorbanlar makro gözenekli adsorbanlara (kılcal çapı 2x10 -4 mm'den fazla), geçiş gözenekli adsorbanlara (çap 6x10 -6 - 2x10 -4 mm) ve mikro gözenekli adsorbanlara (çap 2x10 -6) ayrılır. - 6x10 -5 mm).

Emilen gazlar, buharlar, sıvılar bu kılcal damarların yüzeyinde katmanlar oluşturur. Katman, adsorbat molekülünün çapına eşit bir kalınlığa sahipse, işleme moleküler adsorpsiyon denir. Katman birkaç molekül kalınlığındaysa, işleme polimoleküler adsorpsiyon denir.

Adsorbanlar ayrıca absorpsiyon veya adsorpsiyon kapasiteleri ile de karakterize edilir. Adsorbanın birim kütlesi veya hacmi başına adsorbanın konsantrasyonu ile belirlenir. Belirli bir madde için adsorpsiyon kapasitesi, işlemin gerçekleştiği sıcaklık ve basınca ve ayrıca adsorbanın konsantrasyonuna bağlıdır. Adsorbanın belirli koşullar altında maksimum olarak elde edilebilen absorpsiyon kapasitesine denge aktivitesi denir.

Endüstride adsorban olarak çeşitli maddeler kullanılmaktadır. Aktif kömür, selüloz hamuru, kemik kömürü, silika jeller, zeolitler ve iyon değiştiriciler gıda endüstrisinde en yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aktif karbonlar oldukça gözenekli adsorbanlardır. Spesifik yüzeyleri 600-1700 m 2 /g'ye ulaşır. Aktif karbonlar 1-5 mm boyutunda granüller halinde kullanılmaktadır. Yığın yoğunluğu 350-450 kg/m3'tür.

Aktif karbon, kömürün özel olarak işlenmesiyle, özellikle 900 ° C'ye kadar sıcaklıklarda kalsine edilmesiyle elde edilir.

Kemik kömürü, yağı alınmış sığır kemiklerinden havasız ortamda kalsine edilerek elde edilir. Kemik kömürünün spesifik adsorpsiyon yüzeyi de 1 g kömür başına yüzlerce metrekare olarak ölçülür.

Silika jeller, silisik asit jellerinin dehidrasyon ürünleridir. Silika jeller, 400 ila 800 m2/g arasında değişen belirli bir yüzey alanına sahiptir. Silika jel granüllerinin boyutu 0,2 ila 7 mm'dir. Silika jeller ağırlıkça %50'ye kadar su tutma kapasitesine sahiptir. Bu bağlamda, esas olarak nemi emmek için kullanılırlar.

Selülozik kütle, kömürlere ve silika jellere göre daha küçük bir özgül yüzey alanına sahiptir. Meyve sularının, biranın berraklaştırılmasında adsorban olarak kullanılır.

Zeolitler kimyasal yapıları gereği alüminosilikatlardır. Zeolitler, boyutu adsorbat moleküllerinin boyutu ile orantılı olan homojen bir gözenek yapısı ile ayırt edilir.

Büyüklüğü moleküllerin boyutuyla orantılı olan gözenekli adsorbanlar, moleküler elek maddeleri olarak adlandırılan maddelere aittir. Zeolitler, su ve su buharını emme konusundaki yüksek yetenekleriyle ayırt edilirler. Bu özellik, gazların derin kurutulması için kullanılır.

İyon değiştiriciler, doğal ve yapay kökenli adsorbanlardır. Çeşitli organik ve inorganik maddelerden sentetik olarak hazırlanırlar. Sentetik olarak elde edilen iyon değiştirici reçineler de iyon değiştirici adsorbanlara aittir. Bu reçineler yüksek hacimsel kapasite, seçicilik, kimyasal direnç ve mekanik mukavemet ile karakterize edilir. Bu bağlamda, çeşitli sıvı sistemlerin derinlemesine ayrılması için endüstride iyon değiştirici reçineler giderek daha önemli hale gelmektedir. İyon değiştiriciler kullanılarak gerçekleştirilen adsorpsiyona bazen iyon değiştirme adsorpsiyonu denir.

Adsorpsiyon işlemini gerçekleştirmek için tasarlanmış aparat. Gıda endüstrisinde, sabit bir adsorban yataklı adsorbe ediciler en yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tip bir aparatın bir örneği, şeker şuruplarını saflaştırmak için kullanılan bir kolon adsorbe edicinin şemasıdır (Şekil 50). Aktif karbon ile doldurulmuş silindirik bir tanktır. Yukarıdan temizlenecek şurup gelir. Adsorber şurubundan geçtikten sonra mutlaka filtreye girerek kömür partiküllerinden arındırır.

Pirinç. 50. Sütun tipi adsorber şeması:

1 – sıvı çıkışı için branşman borusu; 2 - aparatın gövdesi (sütun);

3 – adsorban; 4 - sıvı girişi

kendiliğinden adsorpsiyon. Halka açık yemekhanelerde adsorpsiyon, ürünlerin hidromekanik ve termal işlenmesi sırasında eşzamanlı bir kendiliğinden süreç olarak meydana gelir. Bu nedenle, yemek pişirirken, kızartırken, ürün yalnızca serbest bırakmakla kalmaz, aynı zamanda nemi veya erimiş yağı da emer. Aynı zamanda gazlar ve buharlar da ürün tarafından emilir.

Adsorpsiyon işlemleri, tahılların mutfakta hidromekanik işlenmesi sırasında gerçekleşir. Bazılarını yıkayıp ön ıslatırken nem emilir ve bu tahıllar şişer. Nem emme süreci, yani şişmeleri, tahılların özelliklerine ve işlemin süresine bağlıdır.

Tahılların nemi emme özelliği pratikte kullanılmaktadır. Tahılların ön şişirilmesi (spontane bir süreç olarak değil) pişirme sürecini hızlandırmak için kullanılır. Ayrıca tahılların ıslatma sırasında adsorpsiyon özelliklerinin kullanılması, pişirme sırasında şekillerinin korunmasına katkıda bulunur.

Tahılların ıslanmaları sırasında şişmesi sadece adsorpsiyon işlemleri ile açıklanmaz. Bir dereceye kadar, kılcal kuvvetler nedeniyle, gözeneklerden suyun hareketine neden olan nem tahılın içine nüfuz eder. Suyun gözeneklerden hareketine, nemin adsorpsiyon emilimi fenomeni eşlik etmeyebilir. Ayrıca şişme sırasında ozmotik olayların gerçekleştiği de vurgulanmalıdır. Nem, ozmoz nedeniyle tahılların hücrelerine nüfuz eder.

Adsorpsiyon fenomeni nedeniyle, genellikle gıda ürünleri, özellikle geniş bir spesifik yüzey alanına sahip dökme ürünler, çevre kokulu olanlar da dahil olmak üzere çeşitli türler, gazlar. Bazı akmayan ürünler de bu özelliğe sahiptir. Bu nedenle ürünlerin bozulmaması için iyi havalandırılan, kokusuz ve istenmeyen gazlı bileşenlerden arındırılmış alanlarda depolanması önemlidir.

Birçok ürün çevredeki havadan su buharını emebilir. Buharların emilmesi, yani. ürünü nemlendirmek, bozulmaları için uygun koşullar yaratır - kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonlar hızlanır, ürünün sıcaklığı yükselir, bu da mikroorganizmaların yoğun gelişimine katkıda bulunur.

DESORPSİYON SÜREÇLERİ

Desorpsiyon proseslerinin iki amacı vardır. Emicilerin ve adsorbanların yeniden kullanmak üzere absorpsiyon (emilim) özelliklerini eski haline getirmek ve ayrıca daha sonraki işlemler için absorbanları ve adsorbanları çıkarmak için kullanılırlar.

Uygulamada, kural olarak, sorpsiyon işlemlerinin tamamlanmasından sonra desorpsiyon işlemleri başlatılır. Desorpsiyon işlemleri çeşitli şekillerde gerçekleştirilir. Başlıcaları şunlardır: sorbentlerin ısıtılması (emiciler ve adsorbanlar); sistemdeki toplam basıncın veya sorbitollerin (emiciler, adsorbanlar) kısmi basıncının düşürülmesi; sorbitollerin yerini alan asal gazlar veya sıvılar.

Kimyasal adsorpsiyondan sonra sorbentlerin rejenerasyonu için uygun kimyasal reaktifler kullanılır. Toplu yemek hizmetlerinde, kurutma ve havalandırma gibi desorpsiyon, depolama sırasında ortamdaki nemi emen şeker, tuz, un ve diğer ürünlere maruz kalır.

Akış hızı, bir maddenin bir fazdan diğerine transfer hızı ile belirlenen teknolojik işlemlere kütle transferi denir, ve bu işlemlerin gerçekleştiği aygıtlar, toplu değişim aygıtlarıdır. .

Kimyasal ve teknolojik süreçler arasında kütle transfer süreçleri özel bir yere sahiptir.

Kimya endüstrisinin çoğu üretim tesisinde, kütle transferi ve reaksiyon aparatları aşağıdaki şemaya göre bağlanmıştır.
(Şek. 4.1).

Pirinç. 4.1. Bir kütle transfer aparatı ile teknolojik sürecin şeması

Hammadde, hedef ürünleri elde etmek için kimyasal reaksiyonlar sonuna kadar ilerlemediğinden kısmen reaksiyon ürünlerine dönüştürüldüğü reaktöre girer. Reaksiyona katılmayan reaktörden çıkan reaksiyon ürünleri ve hammaddelerin karışımı, kütle transfer ayırma ekipmanına gönderilir. Ekipmanda karışım, reaksiyon ürünlerine ve reaksiyona girmemiş ham maddelere ayrılır, bunlar reaktöre geri gönderilir ve reaksiyon ürünleri daha sonraki işlemler için beslenir.

Reaksiyon ve ayırma aparatları arasında yakın bir teknolojik bağlantı olduğu sonucu çıkar. Bu bağlantının yasası: reaksiyon aparatı üzerindeki yük ne kadar düşükse, yani. besleme stoğunun reaksiyon ürünlerine dönüşümü ne kadar düşükse, ayırma aparatı üzerindeki yük o kadar büyüktür ve bunun tersi de geçerlidir.

Reaksiyon ve ayırma aparatı üzerindeki yüklerin optimal kombinasyonu, minimum üretim maliyetlerini garanti eder. Bu nedenle, temel kimyasal üretim– reaktör – sadece optimal olarak çalışan bir ayırma aparatı ile birlikte optimum şekilde çalışır. Bu bağlamda, kimya endüstrisindeki kütle değişim aparatının çalışması, reaktörün çalışmasından daha az önemli değildir.

Ayırma aparatında çeşitli işlemler gerçekleştirilebilir. Bunlardan başlıcaları ve en önemlileri absorpsiyon, rektifikasyon, ekstraksiyon, kristalizasyon, adsorpsiyon, kurutma, iyon değişim süreçleri ve membran ayırma.

absorpsiyon gazların veya buharların sıvı emiciler - adsorbanlar tarafından seçici olarak emilmesine dayanan bir ayırma işlemidir. Bu işlem, bir gaz karışımından herhangi bir maddeyi veya madde kompleksini çıkarmanın gerekli olduğu birçok endüstride kullanılmaktadır. Absorpsiyon işlemi sırasında Bir maddenin veya madde grubunun gaz (buhar) fazından sıvı hale geçişi desorpsiyon.

düzeltme Farklı kaynama noktalarına sahip sıvıların uygun basınçta bir karışımını, buhar ve sıvı akışlarının ters akım hareketi sonucu saf veya zenginleştirilmiş bileşenlere ayırma işlemine denir. süreç vardır büyük önem sıvı homojen karışımların saf bileşenlere veya bunların gruplarına kısmen veya tamamen ayrılmasını gerektiren endüstrilerde. Düzeltme işlemi sırasında, bir maddenin veya madde grubunun sıvı fazdan buhar fazına geçişi veya tersi.

çıkarma Bir sıvıda çözünmüş bir madde veya madde grubunun, birinciyle karışmayan veya kısmen karışan başka bir sıvı ile ekstraksiyonuna dayanan ayırma işlemine ayırma işlemi denir. İşlem, bir çözünen veya bir grup maddenin bir çözeltiden çıkarılması gerektiğinde kullanılır. Bu süreçte var bir maddenin bir sıvı fazdan başka bir sıvı faza geçişi.

adsorpsiyon sıvılarda çözünmüş gazların, buharların veya maddelerin katı gözenekli bir emici tarafından seçici olarak emilmesine dayanan bir ayırma işlemidir - karışımlarından bir veya daha fazla maddeyi emebilen bir adsorban . Proses, bir gaz, buhar veya çözünmüş madde karışımından bir veya başka bir maddenin çıkarılmasının gerekli olduğu endüstrilerde kullanılır. bu süreçte maddeler gaz veya sıvı fazdan katı hale geçer. Ters işlem denir desorpsiyon.

iyon değişim süreci belirli katı maddelerin (iyon değiştiriciler) hareketli iyonlarını ekstrakte edilen maddenin iyonları ile değiştirme yeteneğine dayanan bir çözeltiden bir madde çıkarma işlemidir. İşlem, çözeltilerden maddeleri çıkarmak için kullanılır. , düşük konsantrasyona sahip. bu süreçte maddeler sıvı halden katı hale geçer.

kurutma katı ıslak malzemelerden nemin buharlaştırılarak uzaklaştırılması işlemi olarak adlandırılır. İşlem, ıslak doğal maddelerin işlenmeden önce kurutulması gereken veya üretimin son aşamasında bitmiş maddeler olan endüstriler için gereklidir. Bu süreçte var nemin katı ıslak malzemeden buhar veya gaz fazına geçişi.

kristalizasyon Katı faz (kristaller) formundaki bir maddenin sıvı fazdan ayrılmasına dayanan ayırma işlemi olarak adlandırılır. İşlem, yüksek saflıkta maddelerin elde edilmesinin gerekli olduğu durumlarda gerçekleşir. Bu süreçte var bir maddenin sıvı fazdan katı faza geçişi. Ters işlem - çözülme.

Membran ayırma bazı ince filmlerin (yarı geçirgen zarlar) bazı maddeleri geçirme ve diğerlerini tutma yeteneğine dayanır. bu süreçte maddeler orijinal sıvı veya gazdan yarı geçirgen bir zardan geçer zarın arkasındaki sıvı veya gaz fazına geçer.

Kütle transferi süreçleri

Kimya teknolojisinde büyük önem taşıyan, bir veya daha fazla maddenin bir fazdan diğerine geçişine dayanan kütle transfer süreçleridir. Endüstride kütle transfer prosesleri ağırlıklı olarak gaz (buhar) ile sıvı arasında, gaz ile katı arasında, katı ile sıvı arasında ve ayrıca iki sıvı faz arasında kullanılmaktadır. Bu işlemler şunları içerir: absorpsiyon, adsorpsiyon, damıtma ve rektifikasyon, kristalizasyon, kurutma vb.

Belirli bir sıcaklıkta kütle transfer hızı, yoğunluğa bağlıdır. moleküler difüzyon, yani, moleküllerin rastgele hareketi nedeniyle bir maddenin diğerine kendiliğinden nüfuz etme yeteneği. Bir fazdan diğerine kütle aktarımı süreci, denge koşullarına ulaşılana kadar bu fazlardaki maddenin konsantrasyonlarının farklı olması nedeniyle gerçekleşir. Kütle transfer sürecinin itici gücü, verimliliği, fazların bileşimini belirlemek için kullanılan herhangi bir birimde ifade edilebilir, ancak çoğu zaman işlemin itici gücü, dağıtılanların çalışma ve denge konsantrasyonları arasındaki farkla ifade edilir. sırasıyla birinci ve ikinci aşamalarda bileşen. Bir fazdan diğerine aktarılan kütle miktarı arayüze, işlemin süresine ve konsantrasyon farkına bağlıdır.

Faz temas yüzeyini artırarak, akış hızını ve türbülansını artırarak ve ayrıca ortamın difüzyon direncini azaltarak (örneğin, absorpsiyon işleminde, absorpsiyon durumunda) kütle transfer işlemlerinin verimliliğinde bir artış elde edilebilir. az çözünür bir gaz). Aşağıdakiler, temel kütle transfer işlemlerinin örnekleridir.

Absorpsiyon, bir sıvı emici tarafından bir gaz veya buharın emilmesi işlemidir. Emilim, seçicilik (seçicilik) ile karakterize edilir, yani her madde belirli bir emici tarafından emilir. Bir bileşenin sıvı bir emici tarafından fiziksel olarak emilmesine dayanan basit absorpsiyon ile aşağıdakilerin eşlik ettiği kimyasal absorpsiyon arasında bir ayrım yapılır. Kimyasal reaksiyon geri kazanılan bileşen ve sıvı emici arasında. Basit absorpsiyonun bir örneği, hidroklorik asit üretimidir, kimyasal adsorpsiyon, sülfürik ve nitrik asitlerin, azotlu gübrelerin vb. üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Emme, kolon tipi aparatlarda (paketlenmiş, plaka vb.) gerçekleşir.

Adsorpsiyon, bir gaz veya sıvı karışımından bir veya daha fazla bileşenin katı bir emici - bir adsorban tarafından emilmesi işlemidir. Absorpsiyon mekanizmasından farklı olan adsorpsiyon işleminin mekanizması, katı fazı içeren diğer kütle transfer işlemlerinin mekanizmasına pratik olarak benzer. Adsorpsiyonun en evrensel teorisi, dengenin adsorban gözeneklerinin yapısına bağımlılığına bağlı olarak, emilen maddenin moleküllerinin adsorban ile çekiciliğini hesaba katan M. M. Dubinin tarafından geliştirilen mikro gözeneklerin hacimsel doldurulması teorisidir. Son derece gelişmiş bir yüzeye ve yüksek gözenekliliğe sahip katı maddeler, adsorban olarak yaygın olarak kullanılır (aktif karbonlar, silika jeller, alümojeller, zeolitler - sulu kalsiyum ve sodyum alüminosilikatlar, iyon değişim reçineleri, vb.). Adsorpsiyon endüstride sıvıları ve gazları temizlemek ve kurutmak, çeşitli sıvı ve gaz halindeki maddelerin karışımlarını ayırmak, uçucu çözücüleri çıkarmak, berraklaştırma çözeltileri, su arıtma vb. için kullanılır. Adsorpsiyon kimyasal, yağ, boya ve vernik, baskı ve diğer endüstriler.

Damıtma ve rektifikasyon, iki veya daha fazla uçucu bileşenden oluşan homojen sıvı karışımları ayırmak için kullanılır ve bileşenlerin farklı kaynama noktalarına, yani aynı sıcaklıkta karışım bileşenlerinin farklı uçuculuğuna dayanır. Farklı kaynama noktalarına sahip sıvılardan oluşan ilk karışım kısmen buharlaştırılırsa ve ortaya çıkan buharlar yoğunlaştırılırsa, kondensat bileşiminde düşük kaynama noktalı bir bileşenin (LC) daha yüksek içeriği ve kalan ilk madde ile farklılık gösterecektir. karışım, düşük uçucu, yüksek kaynama noktalı bir bileşen (HC) ile zenginleştirilecektir. Bu sıvıya kalıntı, kondensat ise distilat veya rektifiye denir. Temelde iki farklı damıtma türü vardır: basit (tek) damıtma ve düzeltme.

Rektifikasyon, sıvının tekrar tekrar buharlaşmasına ve buharların yoğunlaşmasına dayalı olarak sıvı karışımlarının ayrılmasıdır. Rektifikasyon sonucunda daha saf son ürünler elde edilir. İşlem, kolon tipi aparatlarda gerçekleştirilir (örneğin, sürekli eylemin paketlenmiş ve tepsi damıtma kolonları, vb.). Damıtma ve arıtma işlemleri kimya ve alkol endüstrilerinde, ilaç üretiminde, petrol arıtma endüstrisinde vb. yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kristalizasyon, katı bir fazın kristaller şeklinde çözeltilerden veya eriyiklerden ayrılmasıdır. Kristalizasyon, kristalizasyon merkezlerinin (veya çekirdeklerinin) oluşumu ile başlar. Oluşum hızı sıcaklığa, karıştırma hızına vb. bağlıdır. Sıcaklık arttıkça kristal büyüme hızı artar, ancak bu daha küçük kristallerin oluşumuna yol açar ve genellikle işlemin itici gücünde bir azalmaya neden olur. Büyük kristallerin, karıştırmadan yavaş büyümeleri ve çözeltilerin düşük aşırı doygunluk dereceleri ile elde edilmesi daha kolaydır, ancak bu, kristalizasyon işleminin verimliliğini azaltır. Optimum kristalleşme oranını bulmak bu sürecin ana görevlerinden biridir.

Birkaç kristalleştirme yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır: soğutma ile kristalleştirme, çözücünün bir kısmının çıkarılmasıyla kristalleştirme ve ayrıca vakumla kristalleştirme. Kristalleştirme yöntemine bağlı olarak kesikli ve sürekli kristalleştiriciler kullanılır.

Kristalizasyon, metalurjik ve döküm proseslerinin temelini oluşturur, kaplamalar, mikro elektronikte kullanılan filmler elde edilir ve ayrıca kimya, ilaç, gıda ve diğer endüstrilerde kullanılır. Kristalizasyon, mineral tuzlar, gübreler, organik ve yüksek saflıktaki maddelerin üretimindeki son aşamadır. Endüstride özellikle önemli olan, metallerin eriyiklerden kristalleştirilmesi sürecidir.

Kurutma, çeşitli (katı, sıvı ve gaz) malzemelerden nemin uzaklaştırılması işlemidir. Nem, buharlaştırma, süblimasyon, dondurma, yüksek frekanslı akımlar, adsorpsiyon vb. ile uzaklaştırılabilir. Bununla birlikte, ısı kaynağı nedeniyle buharlaşmayla kurutma en yaygın olanıdır. Nemin filtrasyon, santrifüjleme (%10 - 40 artık nem içeriği ile) ve ardından ısıyla kurutma yoluyla art arda uzaklaştırılması daha ekonomiktir.

Temaslı ve konvektif kurutma vardır. Temaslı kurutmada, aparatın duvarından kurutulan malzemeye ısı aktarılır. Konvektif kurutma, ısıtılmış havadan, baca gazlarından, ısının malzemeye doğrudan aktarılmasına dayanır. kızgın buhar vb.

Kurutma hızı, birim zamanda kurutulmuş malzemenin birim yüzeyinden uzaklaştırılan nem miktarı ile belirlenir. Kurutma hızı, uygulama koşulları ve enstrümantasyon büyük ölçüde kurutulan malzemenin doğasına, malzeme ile nem ilişkisinin doğasına, parçaların boyutuna, malzeme tabakasının kalınlığına, nem içeriğine bağlıdır. malzeme, dış faktörler (sıcaklık, basınç, nem) vb.

Üretimde kullanılan geleneksel kurutucular Yapı malzemeleri mineral tuzlar, boyalar vb. sürekli kurutucular (tambur, tünel, konveyör, pnömatik akışkan yatak) ve periyodik kurutuculardır (çukur, kabin, oda vb.). Akışkan yataklı sprey kurutucular en verimli olanlardır. Vakum, kızılötesi, kriyojenik, ultrasonik, mikrodalga kurutma, kurutulmuş malzemelerin kalitesini iyileştirmek, kurutma hızını artırmak ve teknik ve ekonomik göstergeleri iyileştirmek için kullanılır.