Damıtma

DAMITMA

Laboratuarda bir sıvının içinde çözünmüş olabilecek öteki maddelerden ayrıştırılarak arıtılması gerektiğinde kullanılan en kolay yöntem damıtmadır. Damıtma sıvının buharlaşıncaya kadar ısıtılıp daha sonra yükselen buharın bir soğutma yöntemiyle yeniden sıvılaştırılmasıdır. Böylece sıvı önceden içerdiği buharlaşmaz maddelerden arınmış olur. Kaynama noktaları değişik iki sıvının ayrıştırılmasında damıtma yöntemi kullanıldığında işleme ayrımsal damıtma adı verilir.

Kapalı bir kapta buhar elli bir basınca ulaşıncaya kadar sıvı buharlaşacaktır. Bu basınç yalnız sıcaklığa bağlıdır ve buharlaşmanın belli bir sıvı için belli bir sıcaklıkta maksimum sınırını gösterir. Buharın doymuş olduğunu gösterir. Her sıvının özel bir basınç değeri vardır. Basınç değeri sıvının doğal yapısına uçuculuğunun yüksek ya da düşük olmasına bağlıdır ve maddenin miktarından bağımsızdır. Buhar basıncı hemen her zaman mili metre civa olarak tanımlanır. Bu aynı miktarda basınç yapma etkisindeki civa sütunun uzunluğudur.

Bir sıvını buhar basıncı sıcaklığın artması ile yükselir. Suyun arıtılması buharlaşma hızını artırır. Sıcaklıktaki bu artış buhar basıncını sıvıya uygulanan dış basınca eşit duruma getirince sıvı kaynar,bir başka deyişle sıvı ile buhar arasındaki denge bozularak, sıvı tümüyle buhar haline geçer. Tüm hal değişimlerinde olduğu gibi ,kaynama sırasında tüm sıvı buhar haline geçinceye kadar sıcaklık değişmez kalır. Deniz seviyesinde su 1atm basınç altındadır.100Cde suyun buhar basıncı 1atmye eşittir. Bu yüzden suyun kaynama noktası 100C'dir.

Bir sıvı daha uçucu oldukça ,belli bir sıcaklıkta buhar basıncı yükselir ve dış basınca ulaşması kolay olur. Buna iyi bir örnek olan eterin kaynama noktası son derece yüksek bir buhar basıncının bir sonucu olarak 35C0'dir. Bu özelliklere dayanılarak bir çözelti ,içindeki katışıklardan arıtılabilir. Ama ,bir karışımındaki iki sıvının kaynama noktaları arasında 80C den yüksek bir fark varsa, bunların ayrıştırılması kolaydır, kaynama noktaları arasındaki fark 80C den az ise iki arı bileşe elde etmek zordur.

DAMITMANIN KULLANIM ALANLARI

Damıtma,laboratuarda vazgeçilmez bir yöntem olması yanı sıra ,sanayide de çok sık kullanılır. En yeni kullanımları arasında, deniz suyunun tuzunun giderilerek içme suyu elde edilmesidir. Bu işlem büyük sanayi tesisleriyle gerçekleştirilirse de yararlanılan ilke, laboratuarda yararlanılanla aynısıdır. Damıtma yöntemi, sanayi artıklarının yol açtığı su kirlenmesi sorununa da uygulanabilir, ama artıkların içinde buharlaşabilir kimyasal maddeler olduğu için bazı değişiklikler yapılmalıdır.

Sıvılaşmış havanın ayrımsal damıtılması da ilgi çekicidir. Çok düşük ısıda sıvılaşan hava, sonra damıtılarak içindeki gazlar(azot, helyum vb.) ayrı ayrı elde edilebilir. Burada karşılaşılan teknik sorun,gazların çok düşük sıcaklıklarda yoğunlaştırılması için kullanmadan önce, soğutmada yararlanmaktır. Sıvılaşmış hava çok yüksek basınçta çeşitli basmaklarda sıkıştırılarak, sonrada bir delik yada memeden geçirilip hızla genişletilerek elde edilebilir. Roketlerin hareket etmelerini sağlayan düzenlemelerde kullanılan sıvı oksijen bu yolla elde edilir. Bununla birlikte asetilen gibi patlayıcı gazların birikmesini önlemek için de özen göstermek gerekir. Damıtmanın petrol sanayisinde geniş uygulama alanları vardır. Çeşitli akaryakıtların ayrıştırılması. Ayrıca kimya sanayisinde ve çözücü gerektiren sanayilerde kullanılır.

GAZLARIN AYRIŞMASI

1811 yılında İtalyan fizikçisi Amedeo Avogadro önemli bir fizik yasası buldu: Değişmez sıcaklık ve basınçta eşit hacimli tüm gazlar aynı sayıda molekülü kapsamaktadır. Bu yasa bazı koşullar altında ,bir gazın sıcaklık artışına bağlı olmadan nasıl artığını açıklamak açısından önemlidir.

Bunun nedeni ayrışma olabilir: Daha önce yalnızca bir tanesinin bulunduğu yerde iki ya da daha çok molekülün bulunması hacimde kesinlikle bir artışa neden olacaktır. Bunun yanı sıra, kimyasal değişim, molekülün yapısında temel başkalaşımlar olduğunu gösterecektir.

Bir laboratuar deneyde bakır, derişik nitrik asitle işlem görürse, elde ettiği ürünlerden biri azot dioksit olacaktır.

Bununla birlikte , bu işlem orta sıcaklıkta yapılırsa elde edilecek gaz renksiz tetra oksit olacaktır:

Yaklaşık 60C'lik bir sıcaklık artışı , gazın kızıl-kahve bir renk almasına neden olacaktır. Bu da, gazın azot dioksite ayrıştığını gösterir156C ayrışma hemen hemen tamamlanmıştır.

Burada gazların sıcaklığın artışından ayrıştığını gözlüyoruz. Yani gazları damıtılabildiğini görebiliriz.

DİĞER DAMITMA ŞEKİLLERİ

Geri akışlı damıtma :

Büyük miktarlarda ürün işleyebilen tablalı kuleden gerçekleştirilir. Buhar kazanının üstünde bir dizi tablayla bölünmüş silindir biçiminde yada koşut yüzlü uzun bir kolon yer alır. Kazandan birinci tablaya gelen buharın bir bölümü yoğuşur, diğer bölümü ise, diğer bölümü ise yoğuşma olayının yenilendiği ikinci tablaya ulaşır. Üçüncü tablada da aynı olay yenilenir ve işlem böylece sürer. Çok zengin buhar, kulenin en üst bölümünden alınır. Yoğuşma ürününe doyan her tabladan, buhar kazanına inen bir artık ürün akımı oluşur

Bileşimine giren çeşitli maddeleri odunda ayırmak için yapılan damıtmadır. Dikey yada yatay karnilere istiflenmiş, aynı boyda, yuvarlak yada yarılmış odunların ısıtılmasıyla gerçekleşir.

Her biri 1300-2000kg odun alabilen karnillere damıtma için 12-15 saat gereklidir;sıcaklığın ilk 10 saat içinde 350C yi geçmemesi gerekir.;sonra sıcaklık 430C ye kadar yükseltilir.

Büyük odun damıtma tesislerinde kaloriferli fırınlarda kullanılır

Odunun damıtılması ile elde edilen ürünler odun kömüründen başka; ağır katran, odun asidi. Reçineli odunlardan çam esansı denilen özel bir esans elde edilir.
PETROLÜN DAMITILMASI

Bir rafineride ham petrole uygulanan ilk işlem ayrımsal yada bölümsel damıtmadır. Bu işlemle, on kadar temel petrol kesiti elde edilir. Bu kesitlerden her biri genellikle karbon atomları sayısıyla yada içerdiği hidrokarbonların ve diğer bileşiklerin normal kaynama sıcaklıkları dizisiyle tanımlanan bir uçuculuk aralığında yer alır. Damıtmayla ham petrolü ayrımlama ,üretim gereklerinin işlevlerine göre önemli değişiklikler gösterebilir.

PETROLÜN DAMITILMASI İLE ELDE EDİLEN ÜRÜNLER

Ham petrolü atmosfer basıncında damıtma :

Atmosfer basıncından çok az yüksek bir basınçta yapıldığından bu adı alır ve arakat ürünleri veren bir damıtma kulesinde, ham petrolün birçok ana kesite ayrılmasını sağlar: gaz ve benzinler, kerosen, mazotlar, atmosfer artığı. Ham petrol kuleden çekilen ürünlerin ısıl enerjisini kullanan ısı değiştiricilerle ısıtıldıktan ve borulu bir fırında bölümsel olarak buharlaştırıldıktan sonra 340 ile380C de kulenin alt bölümüne yarı buharlaşmış halde verilir. Aynı andaki tesisteki kirlenmeyi ve korozyonu sınırlandırmak için ham petrole tuz giderme işlemi uygulanır: üretim yada taşımadan kaynaklanan mineral tuzlarını özütlemek için önce ham petrole su püskürtülür ardından yaklaşık 130C de tuz giderme balonunda elektrikle su ve ham petrolün karışması hızlandırılır ve karışım durutulur.

Gazlardan ve benzinden oluşan en uçucu kesit,damıtma kulesinin tepesinde toplanır; kerosen ve mazotlar kulenin yan bölümünden alınır,sonra her biri daha küçük başka bir kuleye gönderilerek uçucu madde ayarları ayarlanır. Atmosfer basıncında damıtma artığı ana kulenin tabanından alınır.

Gazları ve benzinleri ayırma işleminde genellikle çift ürünlü damıtma kulesi kullanılır. Gazlar önce kararlaştırıcı ya da bütan giderici kulede benzinlerden ayrılır.; sonra bir etan giderici bir propan gidericide, bölümsel damıtmayla propan ve bütan yanıcı gaz halinde ayrı ayrı özütlenir. Nihayet benzinleri bölümsel damıtma kulesinde ayırarak hafif ve ağır benzinler elde edilir.

Atmosfer artığını boşlukta damıtma

Arakat ürünleri veren bir damıtma kulesinde gerçekleştirilir; Bu kulenin çalışma ilkesi tepe bölümünde basınç 10 ile 70 mbar arasında değişen bir boşluk oluşturmak ve böylece atmosfer artığı bileşenleri, ısıl parçalanmaya yol açmayacak düşük bir sıcaklıkta damıtmaktır. Artıklar, borulu bir fırında bölümsel olarak buharlaştırıldıktan sonra kulenin alt bölümüne 370-410C sıcaklıkta yollanır. Boşluğu, kulenin tepesinde yoğunlaşmış gazları emen buhar enjektörleri sağlar. Böylece , ilk arakat ürünü olarak bir mazot, alt arakat ürünlerinden iki ya da daha çok damıtma ürünü ve kulenin dibinde ise boşlukta damıtma ürünü elde edilir.

Bu üç tesis genellikle tak mbar üretim birimi içinde toplanır ve sığa göz önüne alındığında ayırt edici özelliğini ,aygıtların fırınların ,özellikle de kulelerin dev boyutları oluşturur. Bir atmosfer basıncında damıtma kulesinde yaklaşık 9 mye yaklaşık bir kule demektir.

TUZ GİDERME

APANSIZ BUHARLAŞTIRMA İLE DAMITMA

Bu işlem deniz suyunun tuzunu giderme yöntemlerinin en önemlisidir.Hem aşınmanın ve çökmenin önlenmesi için düşük sıcaklıklarda çalışmayı sağlar,hem de gizli ısıdan yararlanılır.Sıcak deniz suyu ,düşük basınçlı bir bölmeye geçirilince , bir bölümü hemen buharlaşır.Bu birdenbire kaynama ve ısı vermeden buharlaşmaya apansız buharlaşma denir.

Damıtmadan sonra sıcak su soğutulur.Daha düşük basınç ve sıcaklıkta ikinci bir apansız buharlaştırma uygulanır ve işlem böylece sürer.Apansız buharlaştırma ile damıtma tesisi ,her biri bir öncekinden düşük sıcaklıkta çalışan bir dizi bölmeden oluşur.Deniz suyuna ilk ısı , geri geri basınçlı buhar türbünü gibi bir işletmeden düşük basınçlı bir buharla verilebilir.

Isıtılmış tuzlu su,bir bölmeden ötekine akar.Oluşan su buharı,tuzlu su damlacıklarını ayıraçlardan geçer.

Sonra buhar yoğuşur,tuzsuz su toplama kaplarına alınır ve depolanır.Tuzlu su, bir bölmeden ötekine geçerken yavaş yavaş soğur.Soğuyan su, yoğuşturma borularına geri

pompalanır.Bu borularda deniz suyu ısı soğurur ve başlangıç noktasına oluşuncaya kadar,sıcaklığı bölmelerde yeniden dolaşması için gerekli olan sıcaklığa yaklaşır.

Kurak kıyı bölgelerinde bu tip büyük tesisiler kurulmuştur.Meksika kıyılarında ,tijuana yakınlarındaki bir tesis 1970te tamamlanmıştır.Burada denizden günde 27 milyon litre tuzsuz su elde edilir.

ALKOLÜN DAMITILMASI

Yeterince zengin petrol ve kömür yatakları olan ülkeler ,alkol üretmek için kimyasal yöntemler kullanırlar.Petrolün parçalanmasından yada kömür katranın damıtılmasından elde edilen etilen bu bireşime örnektir.

Etanol aynı zamanda , hidrojen ve karbondioksit genellikle krom oksit ve çinko oksit gibi uygun bir katalizör içinden 350-400C de geçirilmesinden oluşan ve stinol adı verilen bir yöntem ile elde edilebilir.Bu yöntem sanayide yaygın olarak kullanılır.