SIVI-SIVI EKSTRAKSİYONU DENEYİ Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1
1. Amaç Sıvı-sıvı ekstraksiyon prosesine ait temel ilkelerin deney düzeneği üzerinde uygulanması, ilgili hesaplamaların ve grafik çizimlerinin öğrenilmesi. Öğrenme çıktıları a. Sıvı-sıvı ekstraksiyon prosesine ait temel kavramları bilir, b. Sıvı-sıvı karışımların nasıl ekstrakte edilebileceğine ait teoriyi uygular, c. Bir deney sistemini emniyetli bir şekilde kullanır, d. Deneysel verileri amaç doğrultusunda analiz eder ve yorumlar, e. Deneysel sonuçlarını bir rapor halinde sunar. 2. Genel Bilgiler Bir çözelti içerisinde bulunan bir veya daha fazla bileşeni, bu çözeltiyi uygun bir çözücü ile temasa getirerek, çözeltiden uzaklaştırma işlemine sıvı-sıvı ekstraksiyonu denir. Tek kademeli sıvı-sıvı ekstraksiyonu tekniğinde; girdi akımlarından besleme akımı (F), çözünen (A) ve taşıyıcı çözücü (B) bileşenlerinden oluşurken çözücü akımı (S) saf bir çözücüden veya çözücü karışımından oluşabilir. Ekstraksiyon çıkış akımlarından olan ekstrakt akım (E), çözücü (S), çözünen (A) ve az miktarda taşıyıcı çözücü (B) bileşenlerini içerirken rafinat akım (R), az miktarda çözücü (S), çözünen (A) ve taşıyıcı çözücü (B) bileşenlerini içerir. Sıvı-sıvı ekstraksiyonu hesaplamalarında üçlü sistemler ikizkenar dik üçgen veya eşkenar üçgen üzerinde gösterilebilir. Üçgen köşe noktaları saf bileşenleri, kenarlar ikili bileşimleri gösterirken üçgen içerisindeki her bir nokta üçlü karışımları ifade eder. Aşağıda tek kademeli bir sıvısıvı ekstraksiyonu için kütle denklikleri ve ikizkenar dik üçgen gösterimi verilmiştir. i- F + S = M = E + R toplam kütle denkliği ii- F(xA)F + S(yA)S = M(xA)M = E(yA)E + R(xA)R çözünen (A) için Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 2
iii- F(xS)F + S(yS)S = M(xS)M = E(yS)E + R(xS)R çözücü (S) için A y A x A,y A Dönüm Noktası Dönüm Noktası B x S,y S S x A Şekil 1. Tek kademeli sıvı-sıvı ekstraksiyonuna ait şematik gösterim 3. Deneysel Çalışma 3.1. Sıvı-Sıvı Ekstraksiyonu Deneyi Amaç Sıvı-sıvı ekstraksiyon yöntemine ait temel ilkelerin deney düzeneği üzerinde uygulanmasını öğretmek, Farklı çözücüleri kullanarak ekstraksiyonun gidişatının nasıl etkilendiğini göstermek, İlgili hesaplamaları ve grafik çizimlerini öğretmek. 3.1.1. Deneyin Yapılışı Şekil 2 de verilen deney düzeneği kullanılarak; 1-Ayırma hunisine belirli miktarda besleme karışımı alınır. Belirli miktarda çözücü ilavesi ile çalkalama sonucu fazların dengeye gelmesi beklenir. 2-Ayırma hunisinden ekstrakt faz alınır ve her iki faz için kırılma indisleri ölçülür. 3-Ayırma hunisindeki rafinata çözücü ilavesi ile işlem tekrarlanır. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 3
Şekil 2a. Deney düzeneğine ait görsel Şekil 2b. Deney düzeneğine ait şematik gösterim Tablo 1. Sıvı-sıvı ekstraksiyonu için Aseton-Hekzan-Su (AHS) sistemi su ca zengin kısım (%ağ.) denge verileri n-hekzan ca zengin kısım (% ağ.) ASETON SU n-hekzan ASETON SU n-hekzan 27.01 72.80 0.19 9.28 0.0 90.72 43.55 56.10 0.35 21.10 0.3 78.60 52.61 46.50 0.89 29.28 0.4 70.32 56.10 42.70 1.20 33.85 0.5 65.65 57.64 41.00 1.36 36.21 0.8 62.99 63.00 35.00 1.00 44.20 1.2 54.60 68.52 28.50 3.18 52.18 1.8 46.02 71.10 11.8 17.10 Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 4
3.1.2.Hesaplamalar 1-Tablo 1 deki Aseton-Hekzan-Su (AHS) için denge değerlerini kullanarak ikizkenar dik üçgen üzerinde çözünürlük eğrisini çiziniz. 2-Tablo 2 deki kırılma indisi verilerinden yararlanarak aseton konsantrasyonlarını belirleyiniz. 3-Çizdiğiniz üçgeni kullanarak ekstrakt ve rafinat akım konsantrasyonlarını bulunuz. 4-Ekstrat ve rafinat akım kütlelerini ve ekstraksiyon verimini bulunuz. Tablo 2. AHS sistemine ait çözünürlük kontrol değerleri (25 C) KIRILMA YOĞUNLUK ASETON SU n-hekzan (d 25 İNDİSİ ) (nd 25 ) 13.57 86.31 0.12 0.9781 1.3422 28.18 71.67 0.15 0.9564 1.3519 37.73 62.06 0.21 0.9354 1.3568 44.48 55.21 0.31 0.9260 1.3590 45.26 54.37 0.37 0.9241 1.3594 59.08 39.33 1.59 0.8893 1.3629 62.70 35.41 1.89 0.8791 1.3631 63.18 34.92 1.90 0.8773 1.3631 71.84 23.74 4.42 0.8446 1.3632 73.37 19.71 6.92 0.8292 1.3631 74.01 15.90 10.90 0.8040 1.3629 71.04 11.74 17.22 0.7914 1.3628 61.27 5.31 33.42 0.7531 1.3642 50.80 2.56 46.64 0.7291 1.3661 40.96 0.97 58.07 0.7144 1.3686 33.72 0.39 65.89 0.7043 1.3704 19.25 0.14 80.61 0.6901 1.3746 Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 5
Kaynaklar 1. Geankoplis, C.J., Transport Processes and Separation Process, 4th Ed., ISBN-10: 013101367X. 2. King, C.J., Separation Processes, 2nd Ed., ISBN-10: 0486491730. 3. Khoury, F.M., Multistage Separation Processes, 4th Ed., ISBN 9781482230543. 4. Schweitzer, P.A., Handbook of Separation Techniques for Chemical Engineers, ISBN-10: 0070570612. 5. Rousseau, R.W., Handbook of Separation Process Technology, John Wiley&Sons, ISBN 0-471-89558-X. 6. Perry, R.H., Green D.W., Schweitzer P.A., Chemical Engineers' Handbook, 8th ed., ISBN: 9780071422949. 7. Haan, A.B, Bosch, H., Industrial Separation Processes: Fundamentals, ISBN 978-3-11-030669-9. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 6