Damıtma işlemi, petrol, bazı içkiler, içme suyu (Bk. TUZ GİDERME), ince yağlar ve oksijen elde edilmesinde önemli bir rol oynar. Hem endüstride, hem de araştırma laboratuvarlarında yaygın olarak kullanılan ayırma yöntemlerinden biridir.
Damıtma, buharlaştırmaya çok benzer. İki işlem de, yüzeyden kurtulup kaçan moleküllerin buhar ya da gaz oluşturmalarına bağlıdır. Buharlaştırmada, buhar dağıldıktan sonra geride kalan maddeler
toplanır. Damıtmada ise, ortaya çıkan buhar soğutulur ve bir sıvı halinde yoğunlaştırılıp toplanır. Bir sıvının buhara dönüşme eğilimine, buhar basıncı denir. Bu özellik sıcaklığa bağlıdır. Sıvıdaki moleküller, buhar oluşturmak için yüzeyden dağılır. Dağılma düzeyi, moleküllerarası çekimin şiddeti ile molekülün kütlesi ve hızına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça, sıvıdaki moleküllerin ortalama hızları da artacaktır. Kaynama derecesine kadar ısıtılan sıvıda, yeterli sayıda molekül, moleküllerarası kuvvetleri yenecek yükseklikte hız kazanır ve sıvıda buhar kabarcıkları oluşur; başka bir deyişle, sıvı kaynar. Kaynama noktasında, sıvının buhar basıncı, çevresindeki havanın basıncına, yani atmosfer basıncına eşittir. Kaynama noktasının altındaki sıcaklıklarda, yalnızca yüzeydeki birkaç molekül kaçabilir. Ötekiler, komşu moleküllerle çarpışarak, enerji yitirir; ortalama hızlarıysa, kaynamayı gerçekleştirebilecek düzeyde değildir.

Tarihçe: Damıtma işlemine ilişkin ilk bilgiye, Aristoteles'in (İ.Ö. 384-322) bir yapıtında raslanır. Aristoteles, deniz suyundan içme suyu elde edilişini anlatmıştır. Romalılar ve İskenderiyeliler, çam ağacı reçinesinden terebentini, damıtarak ayırmışlardır. Bu işlemler, en uçucu bileşenlerin kaçmasını sağlayan ve kaynama kabından çıkan hava soğutmalı yoğunlaştırma kolları kullanılarak yapılmıştır. Suyla soğutulmuş yoğunlaştırıcıyı ilk kez Araplar'ın kullandığı sanılmaktadır. Araplar bu yöntemden yararlanarak, bitki özlerini damıtıp çeşitli uçucu yağları (tat verici ve parfüm olarak kullanılan doğal bitki yağlarını) buldular. Daha sonra da simyacılar, imbik denilen aygıtla, oldukça arı nitrik asit ve başka mineral asitleri hazırlamayı başardılar.
Damıtma yöntemiyle alkollü içki yapımının kökeni, eski çağlara dayanır. XII. yüzyılın başlarında, İtalya'da bulunduğu sanılan damıtılmış alkol, önceleri ilaç olarak kullanıldı. Eski eczacıların ve manastırların imbikleri vardı. Bunlarda damıtılmış alkole, bazen otlar ve baharatlar karıştırılırdı. Benedictine ve Chartreuse gibi likörler, bu tür eczacılık deneyleri sonucu geliştirildi. Damıtma yöntemiyle ayrıca, şaraptan konyak, mayalanmış arpa tanesi ezmesinden viski, mayalanmış şeker kamışından rom,
çavdar ya da patatesten votka, çeşitli kaynaklardan gelen şarabın ardıç meyvesiyle tatlandırılmasından da cin yapıldı. 1800'lerin başına doğru, günümüzde kullanılanlara benzer büyük çaplı damıtma birimleri geliştirildi.

Doğrudan damıtma: Bir damıtma aygıtı için en yalın. düzenleme, sıvının ısıtıldığı bir imbik ile buharı yoğunlaştıran ve sıvıyı özel bir bölmeye alan bir yoğunlaştırıcıdan oluşur. Ancak, bu tür yalın aygıtlar, yalnızca bir sıvıyı katıdan ya da farklı kaynama noktaları olan sıvıları birbirinden ayırmak için kullanılır. Yalın damıtmadan, Kuveyt'te, deniz suyundan içme suyu elde etmede de yararlanılır. Bu işlem için gerekli yakıt, söz konusu bölgeye ucuz bir kaynaktan, yani yöredeki petrol yataklarından sağlanır.
Laboratuvarda genellikle, Liebig yoğunlaştırıcısı adı verilen, camdan yapılmış yoğunlaştırıcılar kullanılır. Bu, içinden sürekli soğuk su geçen, çember biçimli bir su ceketiyle çevrili, uzun bir borudur.

Ayrımsal damıtma: Kaynama noktaları birbirine yakın olan iki sıvıdan oluşan karışımların yalın imbikle ayrıiması, başarılı sonuç vermez. İmbik kafasını, imbik balonundan bir kolonla ayırarak, daha iyi bir ayırım sağlanabilir. Bu, daha sıcak olan balon ile daha soğuk kafa arasında bir sıcaklık farkı oluşmasından ileri gelir. Buhar, kolon boyunca yükselirken, kolonu çevreleyen havanın soğutucu etkisiyle yoğunlaşmaya başlar ve bu sıvı daha sonra yeniden balona damlar (geri akma). Yükselen buhar ile aşağı inen sıvı, ko'onun her noktasında birbiriyle etkileşim içindedir. Buhar giderek, uçucu bileşenler (daha düşük kaynama noktası olan maddeler) bakımından zenginleşir. Geriye kalan sıvı ise, daha az uçucu bileşenlerden oluşur.
Bu sürecin verimi, kolondaki buhar ile sıvının birbiri içinden geçmesine bağlıdır. Laboratuvarda, kolonlar genellikle küçük cisimlerle doldurulur. Bunlar, cam, seramik ya da metalden yapılır ve küre. çember, içi boş küçük silindir gibi çeşitli biçimlerde olabilir. Kolonlar da çeşitli biçimlerde ve büyüklükte yapılabilir. Amaç, ayrımsal damıtmanın verimini artıracak biçimde, gaz-sıvı temasını en üst düzeye çıkarmaktır.
Endüstri tipi kolonlarda, sıvının kendiliğinden bir kanal oluşturarak, buhara değmeden bu kanal boyunca aktığı anlaşılmış ve bu yüzden içlerine küçük cisimler doldurulamamıştır. Günümüzde çeşitli biçimler kullanılmaktadır, ama bunların tümü. kolonun yatay levhalarla ayrılması ilkesine dayanır. Buhar, bu levhaların içindeki deliklerden kabarcıklar halinde yükselir ve yoğunlaşarak öteki levhaya doğru akar. Her deliğin ya da kabarcık başlığının üstünde bulunan ve küçük yassı supaplar içeren kafesler, buhar ile sıvının karışmasını sağlarlar.
Laboratuvarda, damıtma ürünleri kafada toplanır ve yoğunlaştırıcıdan geçirilerek alıcıya gelir. Damıtma sürerken, daha uçucu maddeler toplandıkça, kafanın sıcaklığı artar. Bu bir süreksiz işlemdir ve genellikle küçük çapta yapılır. Endüstride, da mıtmanın sürekli olması gerekir. PETROL endüstrisinde, ham petrolden çeşitli ürünleri ayırmak için, ayrımsal damıtmadan yararlanılır.
Kolonun yukarı doğru yaklaşık üçte birine ham petrol doldurulur. Dipte, kalıntının ısıtılmasıyla buhar oluşur ve tepeden bir «geri akma», yoğunlaşan buharın bir bölümünü geri verir. Kolunun tümü dengeye kavuşur kavuşmaz, çeşitli yüksekliklerdeki çıkış vanalarından, sıvılar alınır. En üstteki çıkışta, en uçucu bileşenler, gazlar, ham benzin ve ham motorin, kolonun ortasında gaz yağı, en dibinde ise fuel-oil vardır. Kalıntıdan ise, genellikle vakumda damıtılarak, makina yağları elde edilir. Farklı bileşenlerin toplanıp karıştırılmasıyla, son ürünler oluşturulur.
Ayrımsal damıtmayla sıvılaştırılmış havadan, yalnızca oksijen ve azot değil, argon, neon. kripton, ksenon gibi asal gazlar da ticari miktarlarda üretilebilir.
Sıvıların ayrılmasında ortaya çıkan bir sorun, azeotrop denilen ve değişmez kaynama noktaları olan karışımların oluşmasıdır. Bu karışımlar (kaynama noktaları, bileşenlerinden herhangi birinin kaynama noktasından daha düşük ya da yüksektir), bileşimlerinde hiç bir değişiklik olmadan damıtılır. Damıtılmış alkol (ispirto), yüzde 95 etil alkol ve yüzde 5 sudan oluşmuş bir azeotrop örneğidir. Arı alkol elde edebilmek için, üçüncü bir bileşen, yani su ile birlikte damıtılarak, susuz alkolü geride bırakan ben -zen katılmalıdır.

Nüve Forum » akademik » Mühendislik Fakültesi » Kimya Mühendisliği Bölümü

Kaynak:4
2.cilt / s.458-462