TEHNOLOŠKE OPERACIJE

Predavanje 12

Difuzione operacije su separacione operacije

Omogućavaju da se razdvoje komponente iz rastvora

U ovom slučaju, pogonska sila je razlika u koncentraciji (gradijent koncentracije)

Operacija Laka faza Teža faza

Destilacija Para V Tečnost L

Apsorpcija Gas G Tečnost L

Kondicioniranje Gas G Tečnost L

Ekstrakcija rastvaračem Ekstrakt E Rafinat R

Luženje Tečnost L Čvrsto S

Sušenje Vazduh G Vlažan čvrst materijal S

Adsorpcija Gas ili tečnost G ili L Čvrsto S

Kristalizacija Tečnost L Kristali K

Pregled bioseparacionih tehnika i njihovih prinosa

Tehnika Nivo na kom se dešava

separacija

Prinos svakog koraka

frakcionisanja

Visok Nizak

Centrifugiranje Makroskopski

Čvrsta faza

Tečna faza

0,95

0,95

0,85

0,90

Filtracija Makroskopski

Čvrsta faza

Tečna faza

0,99

0,99

0,95

0,90

Mikrofiltracija Makroskopski

Čvrsta faza

Tečna faza

0,90

0,95

0,80

0,95

Ultrafiltracija Molekulski

Retentat

Permeat

0,99

0,95

0,50

0,50

Reverzna osmoza Molekulski

Retentat

Permeat

0,95

0,90

0,50

0,50

Kristalizacija Makroskopski 0,90 0,50

Ekstrakcija Molekulski 0,95 0,50

Adsorpcija Molekulski 0,99 0,50

Desorpcija Molekulski 0,95 0,50

Hromatografija Molekulski 0,99 0,50

Afinitetna hromatografija Molekulski 0,95 0,50

Prema načinu ostvarivanja kontakta izmeĎu faza, difuzione operacije mogu biti sa:

Direktnim kontaktom dve nemešljive faze

Direktnim kontaktom dve mešljive faze

Indirektnim kontaktom mešljivih faza preko membrane

Pravilo faza

Stepen slobode - broj nezavisnih promenljivih koje definišu neki sistem

Gibsovo pravilo faza:

S = K – F + 2

gde je:

S - broj stepena slobode

K - broj komponenti

F - broj faza

Kako odabrati pravu separacionu operaciju ???

Da li sa hemijskom reakcijom ili bez hemijske reakcije ?

Koju, ako postoje dve ?

ekstrakcija ili destilacija ?

Difuziona ili mehanička ?

Ekstrakt začina (etanol i ekstraktivne materije): otparavanje ili filtracija ?

Pregled primene separacionih tehnika u zavisnosti od veličine čestica i molekula i njihovih fizičko-hemijskih osobina

Proračun uređaja

Broj teorijskih podova (broj kontaktnih jedinica)

Vreme kontakta izmeĎu faza (efikasnost ureĎaja)

Protok faza (površina poprečnog preseka ureĎaja)

Potrebna energija (troškovi rada)

Prirodna konvekcija – zbog razlike u gustini

Prinudna konvekcija – zbog mešanja

Difuzija je spori proces

Krajnji rezultat difuzije je postizanje ravnoteže

Molekulska difuzija je rezultat slučajnog kretanja molekula

Mehanizmi prenosa mase molekularnom difuzijom kao funkcija širine pora

Osnovna diferencijalna jednačina molske brzine

sm

mol

dx

dcDN AA

ABA 2

gde je:

NA - molska brzina, izražena kao broj molova koji u jedinici vremena prolazi kroz jedinicu površine normalne na smer prenosa materije

DAB - koeficijent difuzije komponente A

cA - koncentracija komponente A

x - rastojanje u smeru prenosa komponente

TR

p

V

nc AA

TRnVp AA

dx

dp

TRdx

dc AA

1

dx

dp

TR

DN AAB

A

dx

dp

TR

D

dx

dp

TR

DNN BBAAAB

BA

sm

molpp

xTR

DN A

AAAB

A 221 ) -(Dvosmerni ekvimolski prenos mase u gasnoj fazi

Nestacionarni prenos mase

Nestacionarni prenos mase karakteriše promena koncentracije ili parcijalnog pritiska sa vremenom, u svakoj tački posmatranog sistema

x

cDN A

ABA

dx

x

c

x

cDN AA

ABdxxA 2

2

,

Teorija filmskog sloja

Prema ovom modelu, za definisanje brzine prenosa mase rastvorka iz čvrste materije u rastvor koristi se teorija filma, prema kojoj se oko čvrstih čestica obrazuje tanak difuzioni granični sloj.

Brzina promene koncentracije ekstraktivnih materija u rastvoru je definisana sledećom bilansnom jednačinom.

tkbc

c

s

)1ln(1ln

Koeficijent prenosa mase

)( ALAiAB

A ccx

DN

) -( AGAiAB

A ppxTR

DN

)('ALAiLA cckN

) -('AGAiGA ppkN