Ayırma işlemi

Bu başlık kimya mühendisliğine ait serinin bir parçasıdır.
Kimya mühendisliği
Tarih
Temel ilkeler
Endüstri Mühendis Proses Ünite operasyonları Kinetik Taşınım olayı
Ünite prosesleri
Kimyasal tesisi Kimyasal reaktör Ayırma işlemleri
Bakış açıları
Isı aktarımı Kütle aktarımı Akışkan dinamiği Proses tasarımı Proses kontrol Kimyasal termodinamik Reaksiyon mühendisliği
g t d

Ayırma işlemi (veya ayırma prosesi), bir kimyasal madde karışımını en az iki veya daha fazla ürüne dönüştürmek için kullanılan yönteme verilen addır.^[1] Ayırma işlemi sonucunda oluşan ürünlerden en az biri, kaynaktaki bileşenlerden en az biri ya da birden fazlası bakımından zenginleşir. Bazı durumlarda karışımlar bir ayırma işlemiyle neredeyse tamamen saf iki bileşene ayırabilir. Karışımın bileşenleri arasındaki fiziksel (örneğin boyut, şekil, kütle, yoğunluk, kimyasal ilgi) veya kimyasal farklarından yararlanılarak ayırma gerçekleştirilir.

İşlemler genellikle ayırmayı gerçekleştirmek için kullanılan belirli farklara göre sınıflandırılır. Yapılmak istenilen ayırma işlemini gerçekleştirmek için elde bulunan farkların hiçbiri kullanılamıyorsa, birden fazla operasyon gerçekleştirilerek son ürün elde edilebilir.

Birkaç istisna dışında, elementler ve bileşikler doğada hâlde bulunmazlar. Bu ham maddelerin verimli bir şekilde kullanılabilmesi için önce ayırma işlemine tabi tutulması gerekir, bu da ayırma yöntemlerini modern endüstriyel ekonomi için elzem kılar.

Ayırma işlemleri, laboratuvarlarda numune hazırlamak veya analitik amaçlar için küçük ölçeklerde ya da ürün hazırlama amaçlı olarak endüstride büyük ve orta ölçeklerde gerçekleştirilebilir.

Tam ve kısmî ayırma

Bazı ayırma işlemlerinde alüminyum eldesi için boksit cevherinin elektroliz ile rafinasyonunda olduğu gibi tam saflaştırma gerekir. Petrolün saflaştırılması ise kısmi ayırmaya örnektir. Ham petrol, çeşitli hidrokarbonlar ve safsızlıkların karışımından meydana gelir ve doğal yollarla oluşur. Rafine etme işlemiyle ham petrol karışımı hiçbiri tamamen saf olmayan ancak her birinin ham petrolden belirli oranlarda ayrılması gereken doğal gaz, benzin, dizel, nafta gibi diğer daha değerli karışımlara ayrılır.

Her iki durum için de istenen son ürünleri elde etmek için bir dizi ayırma işlemi gerekmektedir. Petrol saflaştırılmasında ham petrol birçok özel distilasyon aşamasından geçer ve bu aşamaların her birinden farklı bir ürün ya da ara ürün elde edilir.

Sıvıları ayırma

Ayırıcılar (separatörler) sıvıları ayrıştırmak için kullanılır. Dikey olarak desteklenen santrifüjler asılı yataklara montelenmiştir. Ayırıcı, sürekli bir sedimantasyon santrifüjüdür. Her iki çıkış akımı da bir pompa kullanılarak basınçlı bir şekilde ya da basınca gerek olmadan sürekli olarak boşaltılır. Katı malzeme ise kesikli (hazneli tambur, disk tambur), yarı kesikli (kendi kendini temizleyen disk tambur) veya sürekli (nozül tambur) olarak boşaltılabilir. Tambur, ayırma işleminin gerçekleştiği ayırıcının merkezidir. Hazneli tambur (hazneli ayırıcı olarak bilinir) ve disk tambur (disk yığını ayırıcı olarak bilinir) olarak iki çeşit tambur bulunur. Mil ve dolayısıyla tambur üzerindeki güç aktarımı, sarmal dişliler, kayışlı sürücü, doğrudan sürücü veya özel bir motor yoluyla gerçekleşebilir. Ayırıcıların sızdırmazlığı açık, yarı kapalı, su geçirmez veya hava geçirmez olarak dört çeşide ayrılır.

Ayırma yöntemleri listesi

• Adsorpsiyon (yüzerme): Bu işlemde bir gaz veya sıvı akıntının bir bileşeni, katı bir adsorbant (yüzergen) ile tutulur ve uzaklaştırılır.
• Santrifüj ve siklonik ayırma, karışımı yoğunluk farklılıklarına göre ayırır.
• Şelasyon.

Kromatografi

Kromatografi karışımların içinde bulunan bileşenleri ayırmakta kullanılan bir yöntemdir. Kromatografide ayırma işlemini gerçekleştiren iki faz bulunur. Hareketli faz karışımdan ayrılması istenen bileşeni taşırken, durgun faz sabit kalarak öteki bileşenlerin akışını yavaşlatır.^[2] Çeşitleri:

• Yüksek performans sıvı kromatografisi (HPLC)
• İnce tabaka kromatografi (TLC)
• Karşı akım kromatografisi (CCC)
• Damlacık karşı akım kromatografisi (DCC)
• Kağıt kromatografisi
• İyon kromatografisi
• Boyut eleme kromatografisi
• Afinite kromatografisi
• Santrifüjlü ayırma kromatografisi
• Gaz kromatografisi ve Ters gaz kromatografisi
• Kristallendirme, tuz vb. tipte çözünenlerin, bir çözeltiden çöktürülerek uzaklaştırışmasıyla ilgilenir.
• Aktarma (dekantasyon)
• Buğu çözücü (buhar), sıvı damlacıklarını gaz akışlarından uzaklaştırır.
• Damıtma, farklı kaynama noktalarına sahip sıvı karışımları için kullanılır.
• Kurutma, sıvıyı bir katıdan buharlaşma yoluyla uzaklaştırır.

Elektroforez

Elektroforez, organik moleküllerin bir elektrik potansiyeli altında bir jel ile farklı etkileşimlerine dayanarak ayırır.

• Kapiler elektroforez
• Elektrostatik ayırma, iki plakanın birbirine yakın yerleştirildiği ve yüksek voltaj uygulandığı korona deşarj prensibi ile çalışır. Bu yüksek voltaj iyonlaşmış parçacıkları ayırmak için kullanılır.
• Yıkamayla ayırma
• Buharlaşma

Ekstraksiyon (özütleme)

• Ekstraksiyon
  • Özütme (liçing)
  • Sıvı-sıvı ekstraksiyon: Bu işlemde bir sıvı çözelti içindeki çözünen bileşen, bu sıvı çözelti ile karışmayan başka bir sıvı çözücü ile temas ettirilerek uzaklaştırılır.
  • Katı faz ekstraksiyonu
  • Süperkritik akışkan ekstraksiyonu
• Alan akış fraksiyonlanması

Flotasyon (yüzdürme)

• Flotasyon
  • Çözünmüş hava flotasyonu yönteminde çözeltiden açığa çıkan hava ile oluşan kabarcıklar ile sulu çözeltideki katı parçacıkları uzaklaştırılır.
  • Köpük flotasyonunda değerli hidrofobik katı partiküller bir hava-sulu çözelti karışımının mekanik olarak çalkalanması ile oluşturulan hava kabarcıklarına bağlanarak yüzdürülür ve ayrılır.
  • Mürekkepten arındırma işlemi, kağıt geri dönüşümünde hidrofobik mürekkep partiküllerinin hidrofilik kağıt hamurundan ayrılmasında kullanılır.
• Topaklanma (flokülasyon), bir topaklaştırıcı ile bir kolloid karışımdaki katının, topaklar halinde kümelenerek sıvıdan ayrılmasında kullanılır.
• Filtrasyon - Örgü, torba ve kağıt filtreler, sıvılarda asılı büyük partiküllerin (örn. uçucu kül) uzaklaştırılması için kullanılırken, sentetik membranlar ile gerçekleştirilen mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon, ters osmoz, diyaliz (biyokimya) gibi membran prosesleri mikrometre boyutlarında ayırma işlemi yapar.
• Ayrımsal damıtma (fraksiyonel distilasyon)
• Ayrımsal donma
• Petrol-su ayırma işlemi, petrol rafinerilerinde, petrokimya ve kimyasal tesislerinde, doğal gaz işleme tesislerinde vb. endüstrilerde asılı petrol damlacıklarını atık sudan ayırmak için kullanılır.
• Manyetik ayırma
• Çökelme
• Yeniden kristalleşme (rekristalizasyon)
• Yıkama işleminde bir gaz akışından istenmeyen katı veya gaz partiküller bir sıvı yardımıyla uzaklaştırılır.
• Sedimantasyon (çöktürme), sıvı fazda asılı duran katı parçacıkların, kendi ağırlıklarının etkisi ile çökelmesidir.
  • Yerçekimsel ayırma
• Eleme
• Sıyırma
• Süblimleşme
• Buhar-sıvı ayırma işlemi, Souder-Brown denklemine göre yer çekimi ile ayırır.
• Savurma
• Bölgesel arıtma

Ayrıca bakınız

• Analitik kimya
• McCabe-Thiele metodu
• Yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC)
• Ünite operasyonu

Kaynakça