Ugrás a tartalomhoz

Diffúziós műveletek

Dr. Gulyás Lajos (2011)

1.4. Általános irányelvek

1.4. Általános irányelvek

Minden diffúziós művelethez négy fontos tényezőt kell meghatározni: az elméleti fokozatszámot vagy az ezzel egyenértékű jellemzőt, a fázisérintkezéshez szükséges időt, a megengedhető áramlási sebességet és az energiaszükségletet.

Az elméleti fokozatok száma. Egy kaszkádnál a kívánt elválasztáshoz tartozó elméleti fokozatszámnak (egyensúlyi egységszám, elméleti tányérszám), vagy egy folytonos érintkezésű készüléknél, az elméleti fokozatszámmal egyenértékű jellemzőjének az átviteli egységszámnak a meghatározásához szükség van a rendszer egyensúlyi viszonyainak ismeretére és az anyagmérlegekre.

A szükséges idő. Fokozatszerű műveleteknél az érintkezési idő szorosan összefügg a fokozathatásfokkal, míg folytonos készülékek esetében a készülék térfogatát vagy hosszát határozza meg. Az idő meghatározásához szükséges tényezők száma nagy. Az anyagmérlegekből kiszámítható az egyes fázisok szükséges viszonylagos mennyisége. A rendszer egyensúlyi viszonyai megadják a lehetséges végső koncentrációkat. A fázisok közötti anyagátmenet sebessége függ az egyensúlytól való eltéréstől. Ezen kívül az anyagátmenet sebessége függ az egyes fázisok fizikai tulajdonságaitól, valamint a készüléken belül uralkodó áramlási viszonyoktól is. A turbulens áramlás nagyságrendekkel megnövelheti az anyagátadási tényező értékeit. Lényeges annak felismerése, hogy az előírt bensőséges érintkezés megvalósításához szükséges idő független a beadagolt fázisok abszolút mennyiségétől.

A megengedhető áramlási sebesség, mint tényező a félfolyamatos és a folyamatos állandósult állapotú műveleteknél kap szerepet. Az átlagos áramlási sebesség a készülék keresztmetszetének meghatározásához szükséges. A megengedhető áramlási sebességet áramlástani megfontolások segítségével lehet megállapítani, az anyagmérlegek pedig megadják az egyes anyagáramok abszolút nagyságát.

Az energiaszükségletnek is fontos szerepe van a műveletek megvalósításánál. A diffúziós műveletek elvégzéséhez rendszerint és mechanikai energia szükséges. Hő szükséges a hőmérsékletkülönbségek létrehozásához, új fázisok kialakításához, például egy folyadék elpárologtatásához és oldáshő effektusok kompenzálásához. Mechanikai energiát igényel a fluidumok és szilárd anyagok szállítása, folyadékok és gázok diszpergálása és a berendezés egyes részeinek mozgatása.

Szükséges, hogy foglalkozzunk a rendszer egyensúlyi viszonyaival, az anyagmérlegekkel, a diffúzió sebességével, az áramlási viszonyokkal és az energiaszükséglettel. Tárgyalásunk alapjául Robert E. Treybal által megfogalmazott rendszert követjük. Először a diffúzióra vonatkozó alapvető megfontolásokkal foglalkozunk. Ezután a környezetvédelemben alkalmazott főbb diffúziós műveleteket vesszük aszerint, hogy az egymással nem elegyedő fázisok gáz-folyadék, gőz-folyadék, folyadék-folyadék vagy szilárd-fluidum rendszert alkotnak, mivel az egyensúlyi és áramlási viszonyok ilyen csoportosításban könnyen rendszerezhetők.