فصل اول عملیات واحد: تقطیر

مقدمه

برخلاف تبخیر، تقطیر در جداسازی محلول هایی به کار می رود که کلیۀ سازندگان آن به میزان قابل توجهی فرار می باشند. (1

جداسازی مستقیم و تهیۀ محصولات خالص بدون نیاز به عملیات بعدی که معمولاً توسط تقطیر امکان پذیر است، فرآیند اخیر را به عنوان (2

مهمترین عملیات انتقال جرم درآورده است.

در مواردی که محصول خالص مدنظر باشد، روش های غیرمستقیم انتخاب مناسبی برای جداسازی نمی باشد. (3

اگر افزایش حجم با دما یکنواخت باشد، تقطیر ساده مناسب است؛ و اگر افزایش حجم با دما یکنواخت نباشد، تقطیر جزء به جزء مناسب ( 4

است.

مایع –تعادلات بخار

ز ندگان نینقطۀ جوش مادۀ خالص فقط به فشار بستگی دارد، اما برای محلول های چندجزئی، نقطۀ جوش علاوه بر فشار به غلظت ساز( 1

بستگی دارد.

𝑻𝒙𝒚تعادل در فشار ثابت

تعادل فازهای بخار و مایع در فشار ثابت

نقطۀ جوش یک محلول فاقد معنی است، زیرا عمل تبخیر در یک محدودۀ دما از نقطۀ حباب تا شبنم انجام می گیرد. (1

تر می شوند.اگر فشار را زیاد کنیم، نقطۀ جوش )و نقطۀ شبنم( مادۀ خالص بالا می رود و منحنی های جوش و شبنم به هم نزدیک (2

𝑥به خط 𝑥𝑦با افزایش فشار، منحنی تعادلی (3 = 𝑦 تر می شود. اثر افزایش فشار در تر شده و در نتیجه جداسازی اجزاء سختنزدیک

ده است.شکل زیر نشان داده ش

، چون منحنی شبنم بالاتر از منحنی جوش قرار دارد، بنابراین درجه حرارت فاز بخار بیشتر از درجه حرارت فاز مایع 𝑇𝑥𝑦با توجه به نمودار (4

است. این حالت در تمامی مواقع بجز در نقطۀ آزئوتروپ صادق است.

کاربرد بیشتری دارد. 𝑇𝑥𝑦در برج تقطیر، تغییرات فشار کم ولی تغییرات دما زیاد است، به همین جهت منحنی (5

𝑦( هر چه فشار بیشتر شود، منحنی تعادلی به خط 6 = 𝑥 نزدیک( تر شده و ضریب فراریت𝛼کاهش می ) یابد. از طرف دیگر، با تغییر غلظت

های نزدیک به صفر است. به عنوان های نزدیک به یک بیشتر از جزء مولیکند و برای جزء مولییر میدر محلول، مقدار ضریب فراریت تغی

مثال:

(𝐼) 𝑦 =3𝑥

2𝑥 + 1 → 𝛼1 = 3 (𝐼𝐼) 𝑦 =

2.2𝑥

1.2𝑥 + 1 → 𝛼2 = 2.2

𝛼1 > 𝛼2 → 𝑃1 < 𝑃2

𝑷𝒙𝒚تعادل در دمای ثابت

در دمای ثابتتعادل فازهای بخار و مایع

𝑥به خط 𝑥𝑦تر شده و منحنی تعادلی بالا رفته و باریک 𝑃𝑥𝑦اگر دما را زیاد کنیم، منحنی (1 = 𝑦 تر می شود.نزدیک

انحراف از حالت ایده آل

تر باشد، مخلوط دارای انحراف مثبت و اگر اگر فشار کل مخلوط از فشاری که بر اساس روابط محلول های کامل محاسبه می شود، بزرگ (1

تر باشد، دارای انحراف منفی از قانون رائولت است.کوچک

از حالت ایده آل انحراف منفی از حالت ایده آل انحراف مثبت

وقتی جزء مولی یک سازنده در مخلوط به سمت واحد میل کند، فشار جزئی آن سازنده به سمت حالت کامل میل خواهد کرد. به عبارت (2

ی که هاین در مخلوط زیاد است، صادق می باشد. این مطلب برای کلیۀ مواد، باستثنای آنای که غلظت آدیگر، قانون رائولت در مورد سازنده

در فاز بخار همبسته تشکیل می دهند و یا در فاز مایع تفکیک می شوند، صادق است.

ها دارای انحراف مثبت از حالت ایده آل هستند. بسیاری از مخلوط (3

سیستم های آزئوتروپی )هم جوشی(

سازنده تفاوت زیادی با هم ندارند، با منحنی های تعادلی سروکار داریم که در این منحنی ها، در یک 2برخی موارد که فشارهای بخار در (1

𝑦نقطه، ترکیب درصد فازهای بخار و مایع با هم برابر هستند ) = 𝑥 این سیستم ها را سیستم های آزئوتروپی گویند. در این حالت انحراف .)

ده آل زیاد است که با توجه به نوع انحراف از حالت کامل، با دو نوع سیستم آزئوتروپی مواجه هستیم:از حالت ای

حداقل نقطۀ جوش )فشار ماکزیمم(: .1

، دما از دمای اشباع تک تک 𝑇𝑥𝑦، فشار کل مخلوط از فشار اشباع تک تک اجزاء بیشتر و یا در منحنی 𝑃𝑥𝑦اگر در نقطه ای از منحنی ( 2

کمتر باشد، سیستم دارای آزئوتروپ با حداقل نقطۀ جوش )فشار ماکزیمم( است. اجزاء

جوش با حداقل نقطۀ جوشمخلوط هم

𝛼چون در نقطۀ هم جوش (3 = می باشد، سازندگان محلول هایی از این نوع را نمی توان به روش تقطیر معمولی به طور کامل از یکدیگر 1

ییر فشار، هم جوشی را از بین می برند.جدا نمود. در بعضی موارد با تغ

بیشتر می باشد. 𝑦از 𝑥و پس از آن 𝑥از 𝑦در فشار ثابت، قبل از نقطۀ آزئوتروپ 𝑥𝑦با توجه به منحنی (4

اگر فشار کل واقعی در یک نقطه از فشار اشباع تک تک اجزاء بیشتر باشد، سیستم حتماً دارای آزئوتروپ است، ولی ممکن است نقطۀ (5

موردنظر، نقطۀ آزئوتروپ نباشد.

ص بیشتر باشد، مشخاگر در درصد ترکیبی از مخلوط، فشار کل واقعی از فشار اشباع مادۀ فرارتر کمتر و از فشار اشباع مادۀ غیرفرارتر (6

نیست که سیستم آزئوتروپ دارد یا نه؛ زیرا امکان وجود آزئوتروپ در ترکیب نسبی دیگری وجود دارد.

در نقطۀ آزئوتروپ داریم: (2

𝜕𝑃𝑡

𝜕𝑥= 0

𝜕𝑃𝑡

𝜕𝑦= 0

𝑃𝑡بنابراین با توجه به معادلۀ = 𝑃𝐴 + 𝑃𝐵 = 𝑥𝐴𝑃𝐴𝑠𝑎𝑡 + (1 − 𝑥𝐴)𝑃𝐵

𝑠𝑎𝑡ول ایده آل هیچ وقت تشکیل آزئوتروپ نمی دهد.، محل

و جزء 0.8.4، جزء مولی ℃28.2ها در فشار اتمسفر، دمای جوشی آنها، آب و اتانول می باشد که نقطۀ همیکی از مهمترین این مخلوط (8

جوشی این مخلوط حذف می شود.نقطۀ هم 20𝑚𝑚𝐻𝑔است. با کاهش فشار تا 65..0جرمی

جوش )فشار مینیمم(:حداکثر نقطۀ .2

، فشار کل مخلوط از فشار اشباع تک تک اجزاء کمتر باشد، سیستم دارای آزئوتروپ با حداکثر نقطۀ جوش 𝑃𝑥𝑦اگر در نقطه ای از منحنی (1

، دما از دمای اشباع تک تک اجزاء بیشتر می باشد.𝑇𝑥𝑦)فشار مینیمم( می باشد. به عبارت دیگر در منحنی

جوش با حداکثر نقطۀ جوشهممخلوط

بیشتر است. 𝑦 از 𝑥و پس از آن 𝑥 از 𝑦، قبل از نقطۀ آزئوتروپ 𝑥𝑦با توجه به منحنی (2

هایی که دارای آزئوتروپ با حداکثر نقطۀ جوش می باشد، اسیدکلریدریک و آب است. از این خاصیت در ترین مخلوطیکی از معروف (3

یک استفاده می کنند.استاندارد کردن اسید کلریدر

شود.تر و از بالای برج محصول در نقطۀ آزئوتروپ خارج می( در این نوع آزئوتروپ، از پایین برج محصول سبک4

درجۀ آزادی فرآیند تقطیر

درجۀ آزادی سیستم از فرمول زیر محاسبه می شود:

𝐹 = 2 − 𝜋 + 𝑁 − 𝑟 − 𝑠

که در آن:

𝐹درجۀ آزادی :

𝑁 هاسازنده: تعداد

𝜋تعداد فازها :

𝑟های مستقل: تعداد واکنش

𝑠تعداد روابط محدودکننده :

𝑠اگر در برج تقطیری فشار ثابت باشد، * = است. 1

وجود آزئوتروپ یک رابطۀ محدودکننده به حساب می آید. *

(𝑯𝒙𝒚غلظت ) –نمودار آنتالپی

غلظت -نمودار آنتالپی

𝑄در فشار ثابت ) 𝐻𝑥𝑦اطلاعات مربوط به نمودار (1 = Δ𝐻.بدست می آیند )

خطوط رابط افقی نیستند. 𝐻𝑥𝑦در تصویر (2

𝐻𝐺مربوط به بخار داغ و ناحیۀ بین 𝐻𝐺مربوط به مایع سرد و ناحیۀ بالای منحنی 𝐻𝐿ناحیۀ زیر منحنی (3 مربوط به سیستم دوفازی 𝐻𝐿 و

است.

با یکدیگر برابر و ظرفیت های حرارتی دو سازنده در محدودۀ دمای موردنظر ثابت و گرمای 𝐴 و 𝐵در صورتی که گرمای نهان تبخیر ( 4

به صورت خطوط مستقیم و موازی یکدیگر می باشند. 𝐻𝐺𝑦و 𝐻𝐿𝑥انحلال برابر صفر باشد، منحنی های

ای منفی و در نقطۀ ای مثبت و در حدودهدر محدوده 𝐻𝑥𝑦خطوط رابط در منحنی اگر سیستمی دارای نقطۀ آزئوتروپ باشد، شیب ( 5

آزئوتروپ بی نهایت می شود.

باشد.ترتیب افقی، افقی، و متغیر میبه 𝑇𝑥𝑦 ،𝑃𝑥𝑦 ،𝐻𝑥𝑦( شیب خط رابط در نمودارهای 6

تبخیرکنندۀ ناگهانی

تبخیر ناگهانی )تقطیر تعادلی یا تقطیر ناگهانی( یک فرآیند تک مرحله ای است که در آن ابتدا مایع را گرم کرده و بعد فشار را کاهش (1

آید که بخار حاصله در حالت تعادل با مایع باقی مانده می باشد. سپس فازهای بخار می دهند. در نتیجه قسمتی از مایع به حالت بخار درمی

در یک دستگاه جداکننده از یکدیگر جدا می شوند. تقطیر تعادلی هم به شکل ناپیوسته و هم بصورت مداوم قابل استفاده است. شکل و مایع

زیر یک فرآیند تبخیر ناگهانی را نشان می دهد:

تبخیر ناگهانی

در نقطۀ شبنم می باشد. 𝐷در نقطۀ جوش و بخار 𝑊همواره در حال تعادل هستند. مایع 𝐷و بخار 𝑊مایع (2

ای فشار کل یا فشار فشار پس از شیر فشارشکن که کاملًا آدیاباتیک فرض می شود، کمتر از فشار خوراک اولیه است. اگر در مسأله (3

تبخیرکننده مطرح نشده باشد، منظور فشار پس از شیر فشارشکن است.

فرآیند تبخیر ناگهانی 𝒙𝒚نمودار غلظت مربوط به تبخیر ناگهانی –نمودار آنتالپی

در تبخیرکنندۀ ناگهانی خوراک ورودی به برج معمولاً شامل مخلوط بخار و مایع می باشد، ولی می تواند به صورت دیگر نیز باشد. حالات (4

جه به نوع خوراک به صورت زیر می باشد.مختلف خط کار با تو

فرآیند تبخیر ناگهانی برای انواع خوراک

𝐷اگر خوراک ورودی مایع جوش باشد ) = مقدار (،0𝑊

𝐷 نهایت شده و خط کار عمودی می شود.برابر بی

𝑊اگر خوراک ورودی بخار اشباع باشد ) = (، مقدار 0𝑊

𝐷 برابر صفر شده و خط کار افقی می شود.

تقطیر ناگهانی اگر: (5

شود.ترین بخار حاصل میدر دمای جوش خوراک باشد، غنی

شود.ترین مایع حاصل میدر دمای شبنم خوراک باشد، رقیق

وش خوراک و نقطۀ شبنم خوراک خوراک ورودی به برج تقطیر ناگهانی به صورت دوفازی است؛ لذا دمای برج تقطیر ناگهانی بین نقطۀ ج (6

متغیر است.

با افزایش دما در فشار ثابت درون برج تقطیر ناگهانی، غلظت مادۀ فرار در مایع و بخار کاهش می یابد. (2

کند که توسط شیر فشارشکن محقق می شود.تقطیر آنی بر اساس کاهش فشار عمل می (8

تبخیر ناگهانی چندجزئی

توان حالت مخلوط ورودی را مشخص کرد.زیر میبا استفاده از معادلات

∑اگر .1 𝑍𝑖𝑘𝑖𝑛𝑖=1 < مایع متراکم ← 1

∑اگر .2 𝑍𝑖𝑘𝑖𝑛𝑖=1 = مایع اشباع ← 1

∑اگر .3 𝑍𝑖𝑘𝑖𝑛𝑖=1 > ∑و 1

𝑍𝑖

𝑘𝑖

𝑛𝑖=1 > )تبخیر ناگهانی( دوفازی ← 1

∑اگر .4𝑍𝑖

𝑘𝑖

𝑛𝑖=1 = بخار اشباع ← 1

∑اگر .5𝑍𝑖

𝑘𝑖

𝑛𝑖=1 < بخار داغ ← 1

تقطیر دیفرانسیلی یا ساده

اگر یک مایع را به دفعات بیشماری به صورت متوالی تبخیر ناگهانی کنیم و تنها مقدار ناچیزی از مایع در هر مرحله تبخیر شود، نتایج (1

گویند.نهایی چنین فرآیندی معادل با تقطیر دیفرانسیلی و یا سادۀ آن مایع خواهد بود. تقطیر دیفرانسیلی را تقطیر ناپیوسته هم می

کاهش می یابد. لذا برای ثابت ماندن غلظت محصول مقداری از محصول صولر ناپیوستۀ دیفرانسیلی، با گذشت زمان غلظت محدر تقطی (2

گردانند، در نتیجه با گذشت زمان و برای ثابت ماندن غلظت محصول باید مقدار بیشتری از محصول به ظرف تقطیر را به ظرف تقطیر باز می

بار حرارتی کندانسور با گذشت زمان افزایش می یابد. بازگردانده شود و در نتیجه

تقطیر مداوم )پیوسته(

در شکل زیر نشان داده شده است. ( نمایی از یک برج تقطیر مداوم1

برج تقطیر مداوم

می تواند مایع سرد، تقطیر مداوم در یک برج به صورت موازی و غیرهمسو انجام می شود. خوراک معمولًا وارد مرکز برج می شود. خوراک (2

مایع جوش، بخار اشباع، مخلوط مایع و بخار، و یا بخار داغ باشد؛ ولی معمولًا مایع جوش است.

به قسمت فوقانی محل ورود خوراک بخش جذب )منطقۀ تصفیه یا غنی سازی( گفته می شود. در این بخش با حرکت بخار به سمت بالا، (3

تر می شود.یعی که به سمت پایین در حرکت است جذب می شود. در نتیجه بخار از جزء فرار غنیجزء غیرفرار موجود در بخار توسط ما

( )که ممکن است مایع، بخار، 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎𝑡𝑒بخار خروجی از بالای برج وارد کندانسور می شود که بخشی از آن به عنوان محصول مقطر ) (4

( موسوم است به صورت مایع به برج 𝑅𝑒𝑓𝑙𝑢𝑥می شود. بخش دیگر که به جریان برگشتی ) و یا مخلوط هر دو باشد( از بالای برج گرفته

کنندۀ مایع بالای برج است. مایع برگشتی باعث افزایش خلوص جزء فرار در بالای برج و افزایش هزینه می گردد. جریان برگشتی تأمینبرمی

شود.

ناحیۀ پایینی محل ورود خوراک به بخش دفع یا خروجی موسوم است. در این بخش جزء فرار از مایع، توسط بخار حاصل از تبخیر جزئی (5

مایع تحتانی در جوش آور )ریبویلر(، دفع می شود.

حصول تحتانی معروف است.( یا م𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑒مایع خروجی از پایین برج که از سازندۀ غیرفرار غنی است، به نام پسماند ) (6

در ابتدای کار برج تا موقعی که به وضعیت پایدار نرسیدیم، محصول از بالا و پایین برج گرفته نمی شود. (2

در داخل برج همواره مایع و بخار به ترتیب در دماهای حباب )جوش( و شبنم می باشند. بنابراین حداکثر دما در پایین برج که مایع غنی (8

یرفرار و حداقل دما در بالای برج که مایع غنی از جزء فرار است، می باشد.از جزء غ

اگر مایع و بخار در تماس با یکدیگر نباشند، مایع همیشه در نقطۀ جوش و بخار همیشه در نقطۀ شبنم است ولی در تعادل با یکدیگر (.

نیستند.

تعداد مراحل در برج دارد. به طور کلی هرچه بخار و مایع بیشتر شود، میزان خلوص محصولات خروجی بستگی به نسبت مایع به گاز و (10

بازده و خلوص بالاتر می رود؛ ولی باید به منطقۀ عملیاتی مناسب برج هم توجه شود.

نسبت (11𝐿

𝑉وراک ورودی ختری نسبت به مقدار در یک برج تقطیر در تمام طول برج ثابت است؛ زیرا مایع برگشتی به برج مقدار بسیار بزرگ

باشد.دارا می

داریم: (12

+ تعداد جریان جانبی + تعداد خوراک = تعداد منحنی عملیاتی 1

اگر بخار خروجی از ریبویلر یک برج تقطیر سینی دار، به حالت بخار داغ وارد برج شود، در اولین سینی از پایین برج به حالت نرمال نقطۀ (13

شبنم باز می گردد.

ها را بی نهایت می کند.که تعداد سینی است بزرگترین نسبت برگشت بین تمام نسبت برگشت هایی برگشت،ت نسب (14

ترین روش برای جبران عملکرد ریبویلر، بطوری که بازدۀ برج کاهش نیابد، بالا بردن شرایط خوراک ورودی به سطح بالاتری از مناسب (15

انرژی می باشد.

( داشته باشند، برج با دو %20است. در صورتی که دبی بالا و پایین محل ورود خوراک تفاوت زیادی )بیش از قطر برج متناسب با دبی (16

قطر ساخته می شود.

معین، در حالت خوراک سرد خطوط عمیاتی از منحنی تعادلی دورتر بوده و در نتیجه تعداد مراحل کمتری 𝑅ثابت و 𝑥𝐷 ،𝑥𝑊 ،𝑥𝐹در (12

داریم.

یک برج تقطیر چنانچه خوراک ورودی به برج به دلایلی از حالت مایع اشباع به حالت بخار اشباع تغییر کند، می توان با افزایش بار در (18

حرارتی کندانسور و نیز کاهش میزان دبی محصول بالای برج، مانع از تغییر خلوص محصولات نسبت به حالت اولیه شد.

توسط ریبویلر تا رسیدن به نقطۀ طغیان، سبب خروج بیشتر گازهای سبک از جریان مایع می شود. افزایش شدت جریان بخار تولیدی (.1

ترین ترکیب سنگین بدست می آید.در نتیجه خالص

شود. می تر شدن هزینۀ طراحیمی بایست از اتلاف دما از بدنۀ برج تقطیر جلوگیری کرد، زیرا باعث افزایش بار حرارتی ریبویلر برج و گران (20

های کمتری در برج بهره برد.توان از تعداد سینیلذا با جلوگیری از آن می

های پایین برج تقطیر است؛ چرا که نسبت های بالای برج تقطیر کمتر از سینی( میزان تبادل جرم در سینی21𝐿

𝑉باشد. در پایین برج بیشتر می

کیب در پایین برج نسبت به بالای برج مبین همین مطلب است.-ارتفاع زیاد نمودار پلکانی در روش مک

ساواریت-روش پانچون

.است ساواریت روشی دقیق بر مبنای موازنۀ انرژی است و تنها شرط لازم برای آن عدم اتلاف حرارتی است که معمولاً برقرار-روش پانچون

کندانسور کامل

در این کندانسور مطابق شکل زیر، بخار ورودی به کندانسور کاملاً به مایع تبدیل می شود. (1

کندانسور کامل

برای یک کندانسور کامل به صورت زیر می باشد: 𝐻𝑥𝑦نمودار (2

کندانسور کامل 𝑯𝒙𝒚نمودار

ندانسور کامل با مایع برگشتی سردک

خروجی از بالای برج در کندانسور بیش از حد سرد شود، در این حالت مایع برگشتی و محصول خروجی از بالا دیگر در حالت اگر بخار( 1

اشباع نبوده بلکه مایع سرد می باشند. نمایی از این کندانسور در شکل زیر نشان داده شده است.

کندانسور کامل با مایع برگشتی سرد

سرد مطابق شکل زیر می باشد. برگشتی ایعبرای م 𝐻𝑥𝑦نمودار (2

کندانسور کامل با مایع برگشتی سرد 𝒙𝒚و 𝑯𝒙𝒚 نمودار

در این حالت مایع برگشتی نسبت به حالت اشباع بیشتر و تعداد مراحل کمتر است. (3

کندانسور جزئی

برگشتی به برج است، به مایع تبدیل می شود. نمایی از یک کندانسور در این کندانسور بخشی از بخار خروجی از بالای برج که برابر با مایع ( 1

جزئی در شکل زیر نشان داده شده است.

کندانسور جزئی

مربوط به کندانسور جزئی و همچنین نحوۀ تعیین تعداد مراحل در شکل زیر نشان داده شده است. 𝑥𝑦و 𝐻𝑥𝑦نمودار (2

کندانسور جزئی 𝒙𝒚و 𝑯𝒙𝒚نمودار

نتایج حاصل از بکارگیری کندانسور جزئی عبارت است از: (3

اگر زمان تماس بین محصول بخار و مایع برگشتی کافی باشد، دو فاز به حال تعادل در خواهند آمد. .1

اگر محصول مقطر با همان سرعت تشکیل خارج شود، یک عمل میعان دیفرانسیلی صورت می پذیرد. .2

سیار سریع باشد، انتقال جرم بین بخار و محصول مقطر اندک بوده و ترکیب نسبی هر دو فاز عملًا یکسان خواهد اگر عمل تبرید ب .3

بود.

در شمارش تعداد مراحل به روش ترسیمی کندانسور جزئی اولین مرحله از بالا است. (4

اد جریان برگشتی و بعدی برای تولید محصول مایع است.گاهی اوقات از دو کندانسور به طور متوالی استفاده می شود که اولی برای ایج (5

ها اختلاف بین جریان مولی مایع و بخار ثابت است.مفهوم فیزیکی خط کار، مکان هندسی نقاطی است که در آن (6

تر است.صرفه( بار حرارتی کندانسور جزئی کمتر از کندانسور کامل است. لذا استفاده از کندانسور جزئی مقرون به2

معادلۀ خط کار پایین برج )بخش دفع یا عاری سازی(

بخش دفع 𝒙𝒚و 𝑯𝒙𝒚نمودار

دستیابی به محل ورود خوراک

مربوط به برج تقطیر 𝒙𝒚و 𝑯𝒙𝒚نمودار

محل برخورد منحنی های عمل بالا و پایین برج، محل ورود خوراک را مشخص می کند. (1

فرق می کند. محل خوراک با توجه به نوع خوراک در نمودار زیر نشان داده شده 𝐻𝑥𝑦در منحنی 𝐹با توجه به نوع خوراک، محل نقطۀ (2

است.

موقعیت خوراک در حالت های مختلف

خوراک به حالت مایع را از بالای سینی خوراک و به حالت بخار را از زیر سینی خوراک وارد برج می کنیم. (3

ا بخار ر و در صورتی که خوراک مخلوطی از بخار و مایع باشد، بایستی آن ها را ابتدا در خارج از برج از یکدیگر جدا کرده و مایع را از بالا (4

م. ولی معمولاً به دلیل به صرفه نبودن اقتصادی این کار صورت نمی گیرد. چنین کاری فقط اثر ناچیزی بر تعداد از زیر سینی خوراک وارد کنی

سینی ها دارد.

اگر خوراک در جایی غیر از نقطۀ بهینه وارد شود، تعداد سینی های موردنیاز افزایش می یابد. (5

باشد.سازی می( سینی خوراک جزء بخش دفع یا عاری6

افزایش نسبت جریان برگشتی

همواره بر 𝑊∆، و 𝐷 ،𝐹∆بیشتری می شود، نظر به اینکه ′𝑄دارای عرض و یا مقدار 𝐷∆با افزایش نسبت جریان برگشتی نقطۀ تفاضل (1

می گردد. این تغییرات منجر به افزایش 𝑊∆روی یک خط مستقیم قرار دارند، افزایش نسبت جریان برگشتی، سبب پایین آمدن محل نقطۀ 𝐿𝑛

𝐺𝑛+1و کاهش مقدار

�̅�𝑚

�̅�𝑚+1به قطر مربع می شود. به این علت تعداد سینی های 𝑥𝑦تر شدن خطوط عامل در نمودار و در نتیجه نزدیک

آور و انتقال حرارت در کندانسور و جوش افزایش می یابد. همچنین سطوح �̅�، و 𝑄𝐶 ،𝑄𝐵 ،𝐿 ،�̅� ،𝐺موردنیاز کمتر می گردد ولی مقادیر

تر شوند.سطح مقطع برج به منظور پذیرش بار بیشتر باید بزرگ

تعداد مراحل کم می شود. 𝑅زیاد خواهد شد و با افزایش 𝑅کم می شود. در نتیجه 𝐷زیاد و 𝐿اگر مقدار مایع روی سینی زیاد شود، (2

ن شود و اینهایت میها در نزدیکی مکان ورود خوراک بیکند، تعداد سینیایع برگشتی کار می( در حالتی که برج با کمترین میزان م3

دهندۀ این است که انتقال جرم صفر است.نشان

جریان برگشتی کامل )حداقل تعداد مراحل(

نهایت شود، داریم: برابر بی 𝑅اگر نسبت جریان برگشتی (1𝐿𝑛

𝐺𝑛+1=

�̅�𝑚

�̅�𝑚+1= 𝑥𝑦. در نتیجه هر دو منحنی عامل، بر قطر مربع نمودار 1

𝑁𝑚نهایت واقع خواهند شد. در نتیجه تعداد سینی های لازم به حداقل ممکن، در فواصل بی 𝐻𝑥𝑦بر روی نمودار ∆منطبق گردیده و نقاط

می رسد. این مورد در شکل زیر نشان داده شده است.

در حالت جریان برگشتی کامل 𝑯𝒙𝒚 و 𝒙𝒚نمودار

حداقل نسبت جریان برگشتی )حداکثر تعداد سینی ها(

در واقع حداکثر نسبتی است که در صورت به کار بردن آن، تعداد سینی های لازم جهت انجام یک 𝑅𝑚حداقل نسبت جریان برگشتی (1

ا کاهش یافته و تعدادی از سینی های پست سر هم در برج، جداسازی مشخص به بی نهایت می رسد. به این علت اختلاف دما بین سینی ه

آور و کندانسور در حداقل ممکن قرار دارند.دمای یکسانی خواهند داشت. در این حالت بار حرارتی جوش

یگر محل بر راستای خط رابط عبوری از خوراک منطبق شود یا به عبارتی د 𝐹∆𝐷∆𝑊نهایت می شود که خط تعداد سینی ها زمانی بی (2

دارای 𝑥𝑦قرار گیرد. این مطلب در مواردی که منحنی تعادلی بر روی محورهای 𝑥𝑦تقاطع خط عمل بالا و پایین برج روی منحنی تعادل

تقعر به سمت پایین باشد، همواره صادق است.

ت این پدیده حداقل شدن نسبت جریان اند. علهای پشت سر هم میان برج، حرارت یکسان داشتهدر یک برج تقطیر، تعدادی از سینی (3

برگشتی برج می باشد.

حداقل نسبت جریان برگشتی در حالتی رخ می دهد که خوراک ورودی سردتر از نقطۀ جوش خود باشد. (4

)با کاهش نسبت جریان برگشتی، شیب خط عملیاتی (5𝑅

𝑅−1)کاهش و عرض از مبدأ آن (

𝑥𝐷

𝑅+1ات به افزایش یافته و در نتیجه خط عملی (

منحنی تعادلی نزدیک شده و تعداد مراحل افزایش می یابد.

نمی شود. نمونه 𝑅𝑚و در نهایت 𝐷𝑚𝑖𝑛∆منجر به 𝐹همان طوری که در شکل زیر نشان داده شده، همواره رسم خط رابط عبوری از ( 6

هایی از این مورد عبارتند از:

جوشی دارند.تمایل به ایجاد هممخلوط هایی با انحراف مثبت از حالت کامل که .1

تمام سیستم هایی که شرایط آن ها به شرایط بحرانی سازندۀ فرار نزدیک است. .2

برخی از مخلوط ها با انحراف منفی از حالت کامل .3

در موارد خاص حداقل نسبت جریان برگشتی 𝑯𝒙𝒚نمودار

دهد.لت روش محاسباتی جواب درستی نمیدر این حاهمچنین بیشتر است.دست آمده به روش معمولی هب 𝑅𝑚واقعی از 𝑅𝑚در این حالت

بهترین نسبت جریان برگشتی

نحوۀ تعیین بهترین نسبت جریان برگشتی

، تعداد سینی ها و در نتیجه هزینۀ ثابت بی نهایت می شود اما هزینۀ عملیاتی )بار حرارتی جوش آور، کندانسور، دبی آب 𝑅𝑚در حالت (1

و توان پمپ جریان برگشتی( حداقل می باشد.سرد،

تعداد سینی ها به سرعت کاهش، ولی قطر برج به علت ازیاد مقادیر مایع برگشتی و بخار به ازای واحد جرم خوراک، افزایش 𝑅با افزایش (2

تر می شوند. بنابراین هزینۀ ثابت ابتدا به حداقل رسیده و سپس افزایش آور نیز بزرگمی یابد. به علاوه کندانسور، پمپ جریان برگشتی و جوش

نهایت می رسد. نیازهای حرارتی و برودتی تقریبًا به طور مستقیم با نسبت جریان برگشتی افزایش یان برگشتی کامل به بیمی یابد و در جر

می یابند. بنابراین هزینۀ کل که مجموع هزینه های عملیاتی و ثابت است از یک مقدار حداقل که در نسبت جریان برگشتی بهینه رخ می

( و به طور متوسط نزدیک به حد پایین اتفاق می 1.5𝑅 تا 1.2𝑅𝑚اغلب در نسبت جریان برگشتی نزدیک به ) دهد، عبور می کند. این حالت

افتد.

آورهاانباره های جریان برگشتی، کندانسورها، و جوش

مایع در آن ها در حدود و زمان ماندگاری 5تا 4انباره های جریان برگشتی معمولاً مخازنی افقی هستند که نسبت طول به قطر آن ها بین (1

دقیقه است. 5

ای هستند که به شکل افقی و گاهی عمودی قرار می گیرند. کندانسورها را ممکن است در بالای برج کندانسورها مبدل های حرارتی لوله (2

زدیک سطح زمین قرار می قرار دهند تا جریان برگشتی در اثر نیروی ثقل جاری شود، ولی معمولًا به علت سهولت ساخت و تمیز کردن ن

دهند.

سیال مبرد اغلب آب است. بنابراین فشار برج باید به اندازه ای باشد که اختلاف دمای قابل ملاحظه ای بین آب و بخار ایجاد شود تا عمل (3

میعان سریعاً صورت پذیرد، ولی هزینۀ برج با افزایش فشار، افزایش می یابد.

در موردی که محصول مقطر بسیار فرار باشد، باید از یک سیال مبرد در دمای پایین استفاده نمود. اگر محصول مقطر در کندانسور تا (4

نقطۀ حباب سرد شود، به منظور جلوگیری از اتلاف ناشی از تبخیر در حین ذخیره کردن محصول، آن را در مبدل دیگری بیشتر سرد می

کنند.

آورها ، مبدل های حرارتی هستند که جهت انتقال گرما و تولید بخار در انتهای برج های تقطیر بکار می روند. انواع مختلف جوشآورهاجوش (5

در شکل زیر نشان داده شده است.

انواع جوش آورها

بخار لازم است، از مبدل هایاندکی از در برج های تقطیر کوچک که در مقیاس نیمه صنعتی ساخته می شوند، با توجه به آن که ظرفیت (6

حرارتی داخل و در انتهای برج استفاده می شود. این مبدل های حرارتی بخاری را وارد سینی انتهایی برج می کنند که عملاً در حال تعادل

آور می باشد.با محصول پسماند است، لذا آخرین واحد بخش غنی سازی در محاسبات، نشانگر جوش

آورها در بیرون از برج استفاده می شود.های تقطیر بزرگ از انواع جوشدر برج (2

تر است که آن را به عنوان یک واحد تعادلی در نظر نگیریم.آور مورد استفاده از نوع سیفون حرارتی باشد، مطمئناگر جوش (8

سوز استفاده نمود.وختدر مورد سیالات با دمای جوش بالا، به جای مبدل حرارتی می توان از یک کورۀ س (.

استفاده از بخار مستقیم

وده و از آور نباگر در فرآیند تقطیر یک سیستم دوجزئی، جزء غیرفرارتر آب باشد )مانند آب و آمونیاک(، دیگر نیازی به استفاده از جوش (1

تبدیل آب به بخار در ریبولر یک هزینۀ اضافی در بخار مستقیم در پایین برج استفاده می شود. زیرا در واحد عملیاتی بخار آب موجود بوده و

بر دارد.

در یک نسبت جریان برگشتی و ترکیب نسبی معین محصول مقطر، استفاده از بخار مستقیم سبب افزایش تعداد سینی های لازم در برج (2

تر بوده و هزینۀ تمیز کردن ندارد.آور ارزانمی شود ولی نسبت به استفاده از جوش

در یک برج تقطیر از نوع بخار آب مستقیم، از بخار آب داغ برای ورود به برج استفاده شود، چون بخار داغ است مقداری از مایع را اگر (3

همراه خود تبخیر می کند؛ لذا دبی بخار در سینی های پایین برج بیشتر از دبی بخار ورودی خواهد شد.

دار در صورتی که خوراک یکسان و ترکیب محصول مقطر و نسبت جریان برگشتی قطیر سینیاستفاده از بخار آب و حذف ریبویلر در برج ت (4

ها خواهد شد.یکسان باشد، باعث افزایش تعداد سینی

سازی ستقیم تأثیری در محاسبات بخش غنیقسمت پایین برج در این حالت در شکل زیر نشان داده شده، از آن جایی که استفاده از بخار م (5

رد، این بخش در شکل نشان داده نشده ولی این عمل روی موازنه های کلی مواد و آنتالپی اثر دارد.برج ندا

کاربرد بخار مستقیم

در یک راستا هستند. )شکل زیر مربوط به 𝑊∆، و 𝑊، و �̅�𝑁𝑃+1نقاط 𝐻𝑥𝑦همان طور که در نمودار زیر نشان داده شده، در نمودار (6

(منطبق می شود. 𝑀بر �̅�𝑁𝑃+1استفاده از بخار داغ می باشد. اگر از بخار اشباع استفاده شود،

در حالت استفاده از بخار مستقیم 𝑯𝒙𝒚 و 𝒙𝒚نمودار

تقطیر با چند خوراک

است.ی با دو خوراک ورودی در شکل زیر نشان داده شده متسیس (1

تقطیر با دو خوراک ورودی

خواهیم 𝐹1 و 𝐹2که مطابق معمول برای بالا و پایین برج داریم، یک نقطۀ تفاضل بین 𝐷∆ و 𝑊∆در این سیستم، علاوه بر نقاط تفاضل (2

می نامیم. 𝑀∆داشت که آن را

𝐷∆در یک راستا هستند که 𝑀∆، و 𝑊 ،𝐹2∆و همچنین 𝑀∆، و 𝐻𝑥𝑦 ،𝐹1 ،∆𝐷همان طوری که در شکل زیر نشان داده شده، در نمودار (3

قرار دارند. 𝑊∆و 𝑀∆بین 𝐹2، و 𝐹1و 𝑀∆بین

در حالت دو خوراک ورودی 𝑯𝒙𝒚 و 𝒙𝒚نمودار

به ازای اضافه شدن هر خوراک به تعداد خطوط عمل یکی اضافه می شود. (4

برج با جریان جانبی

محصولاتی با ترکیب نسبی بینابین می باشند که از سینی های میانی برج گرفته می شوند. جریان های جانبی اغلب جریان های جانبی ( 1

در تقطیر مواد نفتی پیش می آید که محصولاتی با ترکیب نسبی معین موردنیاز است و آن ها را نمی توان با مخلوط کردن محصولات مقطر

ن جانبی معمولًا به صورت مایع جوش است اما در مقیاس پایلوت به صورت بخار نیز می تواند باشد.یا پسماند با خوراک بدست آورد. جریا

که مطابق معمول برای بالا و پایین برج داریم، 𝐷∆و 𝑊∆اگر سیستمی مطابق شکل زیر دارای جریان جانبی باشد، علاوه بر نقاط تفاضل (2

می نامیم. 𝑀∆که آن را خواهیم داشت 𝐹1و 𝑆یک نقطۀ تفاضل هم بین

برج با جریان جانبی

در یک راستا هستند. 𝑊∆، و 𝑀 ،𝐹∆و همچنین نقاط 𝑀∆، و 𝐷،𝑆∆نقاط 𝐻𝑥𝑦در نمودار (3

به ازای اضافه شدن هر جریان جانبی به تعداد مراحل خطوط عمل یکی اضافه می شود. (4

اتلاف حرارتی

با توجه به اینکه بیشتر برج های تقطیر در دمای بالاتر از دمای محیط عمل می کنند، اتلاف حرارتی در طول برج اجتناب ناپذیر است؛ زیرا (1

مواد عایق نیز دارای ضریب هدایت حرارتی معینی می باشند.

ین کندانسور، تعداد سینی های لازم جهت عمل اتلاف حرارتی سبب افزایش جریان برگشتی داخلی برج شده و در یک بار حرارتی مع (2

.دجداسازی موردنظر کاهش می یابد. اما جوش آور نه تنها باید حرارتی گرفته شده در کندانسور را بلکه اتلاف حرارتی را نیز باید جبران کن

انجام یک جداسازی مشخص کاهش برای یک بار حرارتی معین در جوش آور در صورت حذف اتلاف حرارتی، تعداد سینی های لازم جهت (3

می یابد. به همین دلیل برج ها را به دقت عایق کاری می کنند.

تیل –روش مک کیب

این روش تقریبی بوده و براساس موازنۀ مولی )نه جرمی( می باشد، اما با توجه به فرضیات مهندسی به کار رفته جوابی نزدیک به روش (1

ساواریت می دهد. –پانچون

تیل باستثنای مواردی که اتلاف حرارتی و یا گرماهای انحلال زیاد باشند، بسیار مناسب است. –روش مک کیب (2

استفاده می کنیم. فرضیات این روش عبارتند از: 𝑥𝑦در این روش از دیاگرام (3

.)بالا با هم، پایین با هم( دبی مولی فازها در مقاطع مختلف درون برج ثابت است .1

ایی مولی اجزاء برابر فرض می شود.گرمای نه .2

گرمای انحلال )اختلاط( ناچیز فرض می شود. .3

افت حرارتی وجود ندارد. .4

فشار کل در برج ثابت است. .5

دستیابی به معادلۀ خط عمل بالای برج، کندانسور کامل، جریان برگشتی در دمای نقطۀ حباب

مربوط به بالای برج 𝒙𝒚نمودار بخش غنی سازی

دستیابی به معادلۀ خط عمل پایین برج

مربوط به پایین برج 𝒙𝒚نمودار بخش غنی سازی

اگر بخار خروجی از جوش آور در تعادل با محصول پسماند باشد، اولین پله در ترسیمات پلکانی مبین جوش آور است.

تیل –دستیابی به تعداد مراحل به روش مک کیب

اگر غلظت مادۀ فرارتر در محصول پسماند و مقطر به ترتیب بسیار کم و بسیار زیاد باشد، روش ترسیمی تعداد مراحل را در مقیاس (1

لگاریتمی انجام می دهیم.

توان به در کلیۀ غلظت ها تقریباً ثابت است، روش محاسبات تحلیلی اسموکر را در تمام برج می 𝛼در بسیاری از محلول های کامل که (2

کار برد.

با توجه به اینکه حتی در سیستم هایی که فرضیات مک کیب صدق نمی کند، شیب خطوط عامل در شرایط حدی تقریبًا ثابت است، می (3

توان در این شرایط از معادلات کرمسر استفاده نمود.

ن از قانون رائول و هنری استفاده کرد.اگر محصول بالایی و پایینی تقریباً خالص باشند، در دو انتهای منحنی می توا (4

دستیابی به معادلۀ خط خوراک

کاهش می یابد. 𝑞برای یک خوراک معین، با افزایش فشار، (1

𝑧𝐹)خط خوراک را می توان با استفاده از دو نقطۀ (2 , 𝑧𝐹) .و محل تلاقی خط عمل بالا و پایین برج نیز بدست آورد

ل ورود خوراک در برج باید برابر باشد، اگر خوراک به صورت مایع سرد باشد، محل ورود آن باید دمایی دمای خوراک ورودی با دمای مح (3

الت حکمتر از دمای حباب خوراک ورودی داشته باشد. با توجه به اینکه در برج تقطیر دما از بالا به پایین افزایش می یابد، بنابراین در این

خوراک وارد برج شود. برای خوراک به صورت بخار داغ، مشابه توضیحات فوق، خوراک باید در محلی ورود خوراک باید در محلی بالاتر از نقطۀ

پایین تر وارد شود.

و شیب خط خوراک برای انواع خوراک آورده شده است. 𝑞در جدول زیر مقادیر مختلف (4𝒒

𝒒 − 𝟏 𝒒 آنتالپی خوراک𝑯𝑭 خوراک

𝑞

𝑞 − 1> 1 𝑞 > 1 𝐻𝐹 < 𝐻𝐿 سردمایع

𝑞

𝑞 − 1= ∞ 𝑞 = 1 𝐻𝐹 = 𝐻𝐿 مایع جوش

𝑞

𝑞 − 1< 0 0 < 𝑞 < 1 𝐻𝐿 < 𝐻𝐹 < 𝐻𝐺 مخلوط مایع و بخار

𝑞

𝑞 − 1= 0 𝑞 = 0 𝐻𝐹 = 𝐻𝐺 بخار اشباع

0 <𝑞

𝑞 − 1< 1 𝑞 < 0 𝐻𝐹 > 𝐻𝐺 بخار داغ

𝐻𝐺در جدول بالا، به ترتیب آنتالپی مایع و بخار اشباع می باشند. 𝐻𝐿 و

برابر با کسری از خوراک که به صورت مایع اشباع است، می باشد. 𝑞برای خوراک به صورت مایع جوش، مخلوط مایع و بخار و بخار اشباع، (5

در شکل زیر خط خوراک برای انواع خوراک آورده شده است.

خط خوراک برای انواع خوراک ورودی

ترین محصول در اگر هدف دستیابی به خالص مایع و مابقی بخار می باشد. %0.بهترین حالت خوراک ورودی به صورت دو فازی شامل (6

صورت مایع اشباع وارد برج شود.بالای برج باشد، خوراک باید به

تری باشد. بنابراین تعداد مراحل کماشباع می ( در حالت خوراک سرد، فاصلۀ خطوط عملیاتی از منحنی تعادلی بیشتر از حالت خوراک مایع2

�̅�نسبت به حالت مایع اشباع دارد. قطر ستون هم وابسته به دبی بخار است و در حالت مایع سرد، > 𝐺 است؛ لذا قطر ستون در قسمت

شود.تر میدفع بیش

های موردنیاز دارد.تأثیر را روی تعداد سینی کنیم؛ زیرا کمترین( در حالت خوراک دوفازی، خوراک را بدون جداسازی وارد برج می8

حداقل نسبت جریان برگشتی )حداکثر تعداد سینی ها(

را رسم می کنیم تا منحنی تعادلی را قطع کند. 𝑞مطابق شکل زیر خط (1

𝑹𝒎نحوۀ تعیین

𝑧𝐷)از نقطۀ , 𝑧𝐷) به محل تلاقی خط𝑞 با منحنی تعادلی وصل کرده و ادامه می دهیم تا محور𝑦 ها را در نقطۀ𝑧𝐷

𝑅𝑚+1قطع کند. با توجه

بدست می آید. 𝑅𝑚به مختصات این نقطه

و منحنی تعادلی قطع 𝑞ممکن است خطوط عملیاتی بالا و پایین، منحنی تعادلی را مطابق شکل زیر، قبل از رسیدن به محل تلاقی خط (2

𝑧𝐷)در این حالت رسم خطوط مماس بر منحنی تعادلی از نقطۀ د.نمای , 𝑧𝐷) و یا(𝑧𝑊, 𝑧𝑊) مقدار واقعی𝑅𝑚 را می دهند که از𝑅𝑚

بدست آمده از روش معمولی بیشتر می باشد.

𝑹𝒎موارد خاص تعیین

استفاده از بخار مستقیم

استفاده از بخار مستقیم

بخار، خط عمل پایین برج تغییر می کند:با توجه به نوع (1

در حالت استفاده از بخار مستقیم داغ 𝒙𝒚نمودار در حالت استفاده از بخار مستقیم اشباع 𝒙𝒚نمودار

شده باشد و این مخلوط بسیار رقیق باشد، یعنی قسمت دلیل استفاده از بخار مستقیم: زمانی که مخلوط از آب و مادۀ دیگری تشکیل ( 2

اعظم آن آب باشد و مادۀ فرار آب باشد.

خط عمل پایین برای حالات مختلف به طور خلاصه به صورت زیر می باشد:( 3

بار ریبویلر .1

بخار ورودی از پایین بخار داغ –بدون ریبویلر .2

بخار ورودی از پایین بخار اشباع –بدون ریبویلر .3

خط عمل پایین برج در حالت های مختلف

شود.آید، از بخار مستقیم استفاده میناپذیر با آب که در دماهای بالا به جوش می( در تقطیر یک مخلوط امتزاج4

خوراک دوتقطیر با

برای سیستمی با دو خوراک، مطابق شکل زیر سه منطقۀ عملیاتی و دو خط خوراک داریم. (1

ورودیبرج با دو خوراک

برای برج با دو خوراک به صورت کیفی در شکل زیر نشان داده شده است. 𝑥𝑦نمودار (2

در حالت استفاده از دو خوراک ورودی 𝒙𝒚نمودار

برج با جریان جانبی

باشند.مطابق معمول میبالا و پایین برج برای سیستمی با جریان جانبی مطابق شکل زیر، سه منطقۀ عملیاتی داریم. معادلات خطوط عمل (1

برج با جریان جانبی

ن، هرجا شیب خط عملیاتی کاهش یابد، نشانۀ آن است که جریان جانبی داریم.یاگر چند خط عمیاتی داشته باشیم، از بالای برج به پای (2

𝑛خط عملیاتی داشته باشیم، 𝑛اگر (3 − خوراک یا جریان جانبی داریم. 1

با جریان جانبی به صورت کیفی در شکل زیر نشان داده شده است. برای برج 𝑥𝑦نمودار (4

در حالت وجود جریان جانبی 𝒙𝒚نمودار

مطابق شکل فوق وجود جریان جانبی باعث نزدیک شدن خطوط عمل به منحنی تعادلی و در نتیجه افزایش تعداد مراحل می شود.

جوشتقطیر هم

این فرآیند یک حالت خاص از تقطیر چندجزئی است که جهت تفکیک برخی از مخلوط های دوجزئی که امکان جداسازی آن ها با تقطیر ( 1

معمولی مشکل و یا غیرممکن است بکار می رود.

ردن مستلزم به کار باگر فراریت نسبی یک مخلوط دوجزئی بسیار کم باشد، تقطیر مداوم مخلوط جهت تهیۀ محصولات تقریبًا خالص، ( 2

جوش نسبت جریان برگشتی بالا، بار حرارتی زیاد، و نیز سطح مقطع بزرگ و تعداد سینی های فراوان است. در موارد دیگر، تشکیل مخلوط هم

طی، یک سازندۀ دیگر که گاهی دوجزئی، تهیۀ محصولات خالص به روش تقطیر معمولی را امکان پذیر می سازد. در تحت چنین شرای

جوش جدیدی با دمای جوش پایین با یکی از سازندگان اصلی تشکیل کننده نامیده می شود به مخلوط دوجزئی می افزایند تا مخلوط همارجخ

جوش جدید چنان است که جدا شدن آن از سازندۀ اصلی دیگر به آسانی امکان پذیر می باشد.دهند. فراریت نسبی هم

اسید است که هزینۀ تفکیک آن به روش های ساده، به علت پایین بودن فراریت نسبی سازندگان یک مثال آن جداسازی آب و استیک (3

جوش با دمای جوش پایین با یکی از علیرغم تفاوت قابل ملاحظه در نقاط جوش آن ها، بسیار زیاد است. مادۀ افزودنی باید یک مخلوط هم

ن کمتر است، تشکیل دهد تا بار حرارتی موردنیاز در تحول کاهش یابد. سازندگان مخلوط دوجزئی، ترجیحاً سازنده ای که مقدار آ

جوش جدید باید زیاد باشد و نیز مقدار ناچیزی از مادۀ خارج کننده در محصول پسماند به جای بماند. مخلوط ضریب فراریت مخلوط هم( 4

میزان تبخیر در تقطیر کاهش یابد و نیز ترجیحاً از نوع مایع جوش جدید باید ترجیحاً فاقد مقدار قابل توجهی از خارج کننده باشد تاهم

ناهمگون باشد تا بازیابی خارج کننده تسهیل یابد.

جوش انتخاب مادۀ خارج کننده می باشد.مهمترین عامل در تقطیر هم (5

∗𝑦جوشی جوشی ماکزیمم، قبل از نقطۀ همدر تقطیر یک مخلوط دوتایی با هم (6 < 𝑥 و بعد از آن𝑦∗ > 𝑥 .می باشد

تقطیر استخراجی

جوش است؛ با این تفاوت که به یک مخلوط دوجزئی که جداسازی آن با روش های معمولی ر همیاین نوع تقطیر، از نظر اصول مشابه تقط (1

و عمل را تغییر دادهمشکل و یا غیرممکن است، یک سازندۀ سوم که حلال نامیده می شود می افزایند که فراریت های نسبی سازندگان اصلی

جداسازی را امکان پذیر می سازد.

تقطیر استخراجی وقتی استفاده می شود که تقطیر معمولی برای سیستم دوجزئی موردنظر به دلیل ضریب فراریت پایین، نیاز به برجی (2

قطور و بلند باشد.

قابل توجهی نیز در برج تقطیر تبخیر نشود.البته حلال افزوده شده باید فراریت ناچیزی داشته باشد و به میزان ( 3

.اگر دو ماده ای که باید از یکدیگر جدا شوند، از نظر شیمیایی بسیار مشابه باشند، باید از حلالی با خواص شیمیایی متفاوت استفاده شود (4

جوش است؛ زیرا:تر از تقطیر هممعمولاً تقطیر استخراجی مطلوب( 5

جوش نیست.فرآیند وابسته به تشکیل اتفاقی مخلوط همافزودنی وجود دارد؛ زیرا این دۀ انتخاب بیشتری برای ما .1

معمولاً تبخیر حلال کمتر است. .2

جوش، دارای نقاط ضعف زیر می باشند:جداسازی با تقطیر استخراجی و هم( 6

چون امکان حذف کامل حلال و یا خارج کننده وجود ندارد، سبب اضافه شدن ناخالصی می شود. .1

برابر خوراک باشد، معمولاً اتلاف وجود دارد. 4تا 3چون نسبت مادۀ افزودنی باید .2

مخزن جداگانه ای برای مادۀ افزودنی باید ساخته شود. .3

هزینۀ بازیابی حلال ممکن است زیاد باشد. .4

ر تولید محصول از آن ها کمتر از تقطی بنابراین چنین فرآیندهایی تنها موقعی مدنظر قرار می گیرند که علیرغم نقاط ضعف موجود، هزینۀ( 2

معمولی باشد.

تقطیر در فشار پایین

ر یبسیاری از مواد آلی تحمل گرما و افزایش دما را حتی تا حدود نقاط جوش نرمال خود نیز ندارند و اگر بخواهند چنین موادی را بوسیلۀ تقط

شد. همچنین زمان قرار گرفتن این مواد در معرض حرارت هم باید به حداقل از یکدیگر جدا نمود، لازم است که فشار و دمای فرآیند پایین با

برسد تا از میزان تجزیۀ حرارتی آن ها کاسته شود.

تقطیر مولکولی

نیوتن به مترمربع( است که جهت جداسازی مواد 3تا 0.3تقطیر مولکولی یک نوع تقطیر در فشار بسیار پایین )در فشارهای مطلق حدود

برابر گرما مناسب می باشد. همزدن شدید و یا جوشش که در فرآیندهای معمولی تقطیر مشاهده می شود، در تقطیر مولکولی حساس در

وجود ندارد.

مایع –فصل دوم عملیات واحد: استخراج مایع

مقدمه

مایع که به آن استخراج با حلال هم گفته می شود، یک فرآیند جداسازی غیرمستقیم و گاهی مستقیم است که در آن –استخراج مایع ( 1

اجزاء یک محلول مایع بوسیلۀ تماس با یک مایع نامحلول دیگر جدا می شوند. معمولاً پس از عمل استخراج، یک عملیات جداسازی دیگر

ر وجود دارد.مانند مجاورسازی، جذب گاز، و یا تقطی

مایع، اختلاف در خواص شیمیایی است. –اساس جداسازی در استخراج مایع (2

مایع عبارتند از: –موارد استفاده از عمل استخراج مایع (3

در مواردی که جداسازی توسط عملیات تقطیر به سختی انجام می شود، استخراج توسط یک حلال مناسب و سپس عمل تقطیر .1

عنوان مثال جداسازی اسید استیک از آب.هنسبی مواد می شود. ب منجر به جداسازی

در مواردی که برای جلوگیری از تجزیۀ حرارتی مواد به دمای کمتر نیاز داریم، استخراج می تواند جایگزین خوبی برای تقطیر یا .2

عنوان مثال در صنایع غذایی و داروسازی.هتبخیر باشد. ب

مایع نسبت به سایر عملیات های جداسازی –محصول موردنظر، قیمت نسبی فرآیند استخراج مایع در مواردی که با توجه به خلوص .3

کمتر باشد.

مایع، واکنشی صورت نمی گیرد و در نتیجه محصول جانبی نیز بدست نمی آید، این –با توجه به اینکه در روش استخراج مایع .4

فرآیند جایگزین مناسبی برای روش های شیمیایی می باشد. مانند جداسازی فلزات از محلول های رقیق و فرآیندهای تولید انرژی

اتمی.

ک به یک( مانند جداسازی فرآورده های نفتی.که فشار بخار اجزاء به هم نزدیک باشد )ضریب فراریت نزدی یدر موارد .5

در مواردی که آزئوتروپ وجود دارد. مانند مخلوط اتانول و آب. .6

در سیستم هایی که مجبوریم تحت فشار خلاء کار کنیم. .7

ای عملیاتیتر صورت می گیرد؛ چون نوع و مقدار حلال و همچنین دمدر عمل استخراج نسبت به تقطیر، انتخاب شرایط عملیاتی آسان (4

قابل تغییر است.

تر است.در مورد حلال های رقیق، وقتی آب باید در عمل تقطیر جدا شود، عمل استخراج اقتصادی (5

نده و کندر شرایط کاملًا یکسان، بین دو عمل استخراج و تقطیر، معمولًا تقطیر انتخاب می شود. هر چند که نیاز به سیستم های گرم (6

تر زیرا در استخراج، حلال را برای استفادۀ مجدد )معمولاً از طریق تقطیر( باید بازیابی کرد و تلفیق این دو عملیات پیچیده سردکننده می باشد؛

تر از تقطیر معمولی است.و گران

مناسب تر و آسان تر 𝐴 و 𝐵مایع برای جداسازی –با ویسکوزیتۀ زیاد داشته باشیم، روش استخراج مایع 𝐴 و 𝐵اگر یک مخلوط مایع ( 2

می باشد.

الاضلاعمختصات مثلث متساوی

مختصات مثلث متساوی الاضلاع

نشان دهندۀ درصد 𝐴𝐵بر ضلع 𝐾هر یک از سه رأس نشان دهندۀ یکی از مواد به صورت خالص است. فاصلۀ عمودی از هر نقطه مثل ( 1

𝐶 در مخلوط𝐾 و فاصله تا ضلع𝐴𝐶 درصد𝐵 و فاصله تا ضلع𝐵𝐶 درصد𝐴 .را نشان می دهد

یک مخلوط دوتایی شامل 𝐷هر نقطه که روی اضلاع مثلث قرار داشته باشد، نشان دهندۀ یک مخلوط دوتایی است. به عنوان مثال نقطۀ ( 2

80% 𝐴 20و% 𝐵 .است

گانۀ مایع با حلالیت جزئی یک زوجسیستم های سه

( و 𝐵(، آب )𝐴اصلی ترین حالت های سیستم های استخراج است. یک نمونه از این سیستم ها، سیستم بنزن )این نوع سیستم یکی از ( 1

( است.𝐶اسید استیک )

به طور کامل 𝐶( مشاهده می شود که مایع 𝑎این مختصات در حالت دما ثابت )ایزوترم( استفاده می شود. با توجه به شکل زیر قسمت )( 2

به مقدار محدودی در هم حل می شوند. ناحیۀ زیر منحنی، منطقۀ دوفازی و مابقی منطقۀ تک فازی 𝐴 و 𝐵حل می شوند، ولی 𝐴 و 𝐵در

که زیر منحنی قرار داشته باشد به دو 𝑀تایی مثل می باشند. هر مخلوط سه 𝐴 و 𝐵به ترتیب محلول های اشباع غنی از 𝐿 و 𝐾است. نقاط

( تبدیل می شود.𝐵)غنی از 𝐸( و 𝐴)غنی از 𝑅شباع، با ترکیب درصد تعادلی فاز مایع نامحلول ا

سیستم سه گانۀ مایع با حلالیت جزئی یک زوج

که کل مخلوط را نشان می 𝑀( نامیده می شود که بایستی از نقطۀ 𝑇𝑖𝑒 𝑙𝑖𝑛𝑒خط اتصال بین ترکیب درصدهای تعادلی، خط رابط ) (3

اد نامحدودی خط رابط در ناحیۀ دوفازی وجود دارد که تنها تعدادی از آن ها رسم شده اند. این خطوط اغلب موازی هم دهد، عبور کند. تعد

نیستند و ضریب زاویۀ آن ها به تدریج در یک جهت تغییر می کند. در تعداد کمی از سیستم ها که سیستم های سولوتروپیک نامیده می

ط رابط تغییر می کند و یکی از خطوط رابط افقی می شود.شوند، جهت تغییرات ضریب زاویۀ خطو

به هم 𝐴 و 𝐵های حلالیت فازهای غنی از خط رابط است. در این نقطه منحنی شود، آخرین( نامیده می𝑃𝑙𝑎𝑖𝑡که پلیت ) 𝑃نقطۀ (4

منطبق 𝐶در هر دو فاز یکسان است. این نقطه در منحنی حلالیت به ندرت بر ماکزیمم مقدار 𝐶مقدار 𝑃عبارت دیگر در نقطۀ رسند. بهمی

شود.می

𝑥برابری (5 = 𝑦 .همیشه به معنای نقطۀ پلیت نیست، بلکه ممکن است شیب خطوط رابط تغییر یافته باشند

کسر (6𝑦∗

𝑥 ت.تر از یک اس، ضریب توزیع نامیده می شود که در این حالت بزرگ

( حاصل می شود. 𝑏در دو انتهای خطوط رابط را برحسب هم رسم کنیم، منحنی توزیع مطابق شکل بالا قسمت ) 𝐶اگر مقدار غلظت (2

بهتر انجام می شود. 𝐵در فاز غنی از 𝐶است و گفته می شود که پخش شدن 𝑅بیشتر از مقدار آن در 𝐸در محلول 𝐶مطابق شکل درصد

، ترکیب دو فاز استخراج شده و پسماند یکی است.در نقطۀ پلیت( 8

مایع، در نقطۀ پلیت، مقدار کشش بین سطحی حلال و خوراک به صفر تنزل می کند. –در عملیات استخراج مایع ( .

تر از یک باشد، ای، ضریب توزیع در دو فاز حلال و خوراک در حالت تعادل می تواند کوچکمایع تک مرحله –در عمل استخراج مایع ( 10

تر از یک شود.مشروط بر آنکه ضریب جداسازی بزرگ

بط تغییر علامت گفته می شود که در آن شیب خطوط را 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑐مایع به کمک حلال مایع، به حلالی –در عملیات استخراج مایع ( 11

دهد و در آن یک خط رابط افقی )با شیب صفر( موجود باشد.

در صورتی که اندازۀ قطرات و اختلاف دانسیتۀ مایعات زیاد و ویسکوزیتۀ فاز پیوسته کم باشد، سرعت جداسازی زیاد می شود.( 12

درصد دست یافت. 100می توان به جداسازی اگر غلظت جزء جدا شونده در حلال صفر باشد و مقدار حلال بی نهایت باشد، ( 13

𝑃زمانی که به ( 14 = 𝐵برسیم، به این معنا است که مقدار حلال خروجی به صفر رسیده است ) 0 = زدایی شده ( و محلول کاملًا حلال0

است.

𝑦( علاوه بر آنکه در نقطۀ پلیت، 15 = 𝑥 های سولتروپیک هم در هنگام تغییر شیب خطوط رابط، است؛ در سیستم𝑦 = 𝑥 است. لذا با

𝑦برابری = 𝑥توان گفت که در نقطۀ پلیت قرار داریم.طور قطع نمی، به

مم در یباشد. در ضمن نقطۀ پلیت لزومًا نقطۀ ماکز( در نقطۀ پلیت غلظت جزء اصلی در کل دستگاه استخراج یکنواخت و یکسان می16

باشد.منحنی دوفازی نمی

اثر درجۀ حرارت و فشار

، دمای 𝑡4افزایش یافته و در دمای بالا 𝐴 و 𝐵همان طوری که در شکل زیر نشان داده شده، با افزایش درجۀ حرارت، حلالیت دوتایی (1

بحرانی محلول، کاملًا در هم حل می شوند.

اثر درجه حرارت روی تعادل سه تایی

تر شده و امکان تغییر ضریب زاویۀ خطوط رابط هم وجود دارد.مطابق شکل بالا، با افزایش دما، ناحیۀ دوفازی کوچک (2

قدر کم است که معمولًا از آن صرفنظر می شود. بنابراین تمام نمودارها باید به استثنای فشارهای خیلی بالا، اثر فشار روی تعادل مایع آن (3

طوری که فاز بخار ظاهر نشود و تعادل مایع به هم نخورد، رسم شوند. در فشارهای بالا، به

مایع، معمولاً ناحیۀ دوفازی با افزایش دما کاهش و با افزایش فشار بی تغییر می ماند. –در عملیات استخراج مایع (4

با حلالیت جزئی دو زوج –گانۀ مایع سیستم های سه

به طور کامل در هم محلولند، در 𝐴 و 𝐶در شکل زیر مختصات مثلثی نمونه ای از این نوع سیستم ها آورده شده است. در این سیستم ( 1

𝐴حالی که زوج های − 𝐵 و𝐵 − 𝐶 دارای حلالیت محدود هستند. نقاط𝐾 و 𝐽 نشان دهندۀ حلالیت های دوتایی𝐵 و 𝐴 و نقاط𝐻 و 𝐿

هستند. 𝐵 و 𝐶یی برای حلالیت دوتا

(، منحنی های حلالیت سه جزئی هستند و محلول های خارج از محدودۀ مشخص شده 𝐵)غنی از 𝐽𝐸𝐿( و 𝐴)غنی از 𝐾𝑅𝐻منحنی (2

توسط این منحنی ها، محلول تک فازی می باشد.

𝑨سیستم سه مایع − 𝑩 و𝑩 − 𝑪 به طور جزئی قابل استخراج

بر این نوع سیستم ها در شکل زیر آورده شده است. اثر افزایش درجۀ حرارت (3

اثر درجه حرارت روی منحنی تعادل سه تایی

(𝑩نسبت به غلظت 𝑪مختصات قائم )غلظت

در مختصات مثلث متساوی الاضلاع مقیاس ها لزوماً مشابه هستند و برای آن که یک مقیاس غلظت را نسبت به دیگری افزایش دهیم، از

همان طور که در شکل زیر نشان داده شده، 𝐵را نسبت به غلظت های 𝐶مختصات قائم استفاده می کنیم. برای این کار می توان غلظت های

رسم نمود.

صات قائممخت

(𝒀و 𝑿برحسب 𝑵مختصات قائم )

نوع دیگر سیستم مختصات قائم در شکل زیر نشان داده شده است.( 1

مختصات قائم براساس بودن حلال، برای سیستم های دارای دو زوج مایع با حلالیت جزئی

این نمودار برای سیستم هایی با حلالیت جزئی دو زوج رسم می شود. (2

مؤثر در انتخاب حلالپارامترهای

نامحلول بودن حلال: .1

ر تصرفه تر است و استفاده از عمل استخراج مقرون بهتر باشد، محدودۀ عمل استخراج بیشهر چه ناحیۀ دوفازی در نمودار استخراج وسیع

تر است، مفیدتر خواهد بود.، که نامحلول𝑎با توجه به شکل زیر واضح است که حلال است.

حلالیت حلال در استخراجاثر

قابلیت بازیابی: .2

بازیابی حلال توسط عمل جداسازی دیگری مانند تقطیر انجام می گیرد. اگر از عمل تقطیر استفاده شود، حل شوندۀ استخراج شده نباید با

از حرارت، باید آن جزئی که کمتر حلال ایجاد آزئوتروپ نماید و مخلوط باید فراریت زیادی داشته باشد. برای کم کردن هزینه های استفاده

است، دارای فراریت بیشتری باشد. اگر حلال باید تبخیر شود، گرمای نهان تبخیر آن باید کم باشد.

دانسیته: .3

تفاوت دانسیته بین فازهای مایع اشباع، هم در سیستم مرحله ای و هم در سیستم مداوم، برای جداسازی شرط مهمی است و هرچه این

کاهش می یابد و در نقطۀ پلیت صفر می شود. این 𝐶اختلاف دانسیته فازهای در حال تعادل، با افزایش غلظت بیشتر باشد، بهتر است.تفاوت

اختلاف ممکن است قبل از رسیدن به نقطۀ پلیت از نظر علامت معکوس شود. در این حالت در غلظت هایی که اختلاف دانسیته از صفر می

گذرد، سیستم های مداوم کاربرد ندارند.

کشش بین سطوح: .4

ذرات امولسیون بیشتر و پراکندگی یک مایع در دیگری مشکل تر می شود. به هم پیوستن هر چقدر کشش بین سطحی بیشتر باشد، پیوستگی

کشش بین سطحی در فازهای تعادلی، در نقطۀ پلیت ذرات معمولاً از اهمیت بیشتری برخوردار است، در نتیجه کشش سطحی باید زیاد باشد.

مایع نامناسب است؛ چون جدا شدن فازها به سختی انجام –تخراج مایع استفاده از حلال با کشش سطحی کم در فرآیند اس به صفر می رسد.

می گیرد.

فعالیت شیمیایی: .5

حلال باید از نظر شیمیایی پایدار باشد و نسبت به دیگر اجزاء سیستم و مواد سازندۀ دستگاه خنثی باشد.

ویسکوزیته، فشار بخار، و نقطۀ انجماد: .6

انبار کردن باید کم باشند.این کمیت ها برای راحتی حمل و نقل و

طبیعت حلال: .7

حلال باید غیرسمی، غیر قابل اشتعال، و ارزان باشد.

پایداری امولسیون: .8

ه کچون در هر مرحله فازها باید جدا شوند، پایداری امولسیون یکی از مهمترین مسائل استخراج است. باید از امولسیون پایدار یعنی آن هایی

می کنند، پرهیز کرد.در مدت زمان زیادی رسوب

ایمایع تک مرحله-استخراج مایع عملیاتی واحد

ای در شکل زیر آورده شده است.نمودارهای فازی مربوط به سیستم استخراج تک مرحله

استخراج تک مرحله ای

استخراج تک مرحله ای )مختصات بدون حلال(

درجه را 45عمودی می شود. در این حالت خط کار در شکل بالا خط 𝐹𝑆نهایت خواهد بود و برای آن بی 𝑁اگر حلال خالص باشد، مقدار

قطع می کند. 𝑋𝐹در

ای با جریان متقاطعچندمرحلهمایع -مایعاستخراج واحد عملیاتی

جاور می شود. این عمل می تواند مداوم و یا ای است، که در آن پسماند دوباره با حلال تازه ماین روش تعمیمی از استخراج تک مرحله( 1

ای است.غیرمداوم باشد. شکل زیر نمایانگر استخراج سه مرحله

استخراج با جریان متقاطع

در یک غلظت مشخص از جریان پسماند، هرچه تعداد مراحل بیشتر باشد، کل حلال مصرفی کمتر خواهد شد.( 2

خواهیم داشت:اگر حلال و خوراک نامحلول باشند، ( 3

استخراج با جریان های متقاطع با حلال نامحلول در فاز پسماند

مایع به روش تماس با جریان های متقاطع، هرچه تعداد مراحل تعادلی بیشتر شود، مقدار کمتری از حلال –در عملیات استخراج مایع ( 4

موردنیاز می باشد.

ای مداوم با جریان های ناهمسوچندمرحله مایع-مایع استخراجواحد عملیاتی

𝑅𝑁𝑃نمایی از این عملیات در شکل زیر رسم شده است. در این عملیات، دو محصول نهایی که یکی جریان پسماند )( 1( و دیگری جریان

( است، حاصل می شود.𝐸1استخراج شده )

ای با جریان ناهمسواستخراج چندمرحله

با جریان ناهمسوای استخراج چندمرحله

در صورتی که مقدار جداسازی ثابت باشد، این روش با حلال مساوی، تعداد مراحل کمتری )نسبت به روش های متقاطع و همسو( دارد و ( 2

در صورت ثابت بودن مراحل، مقدار حلال کمتری مصرف می شود.

بر یک خط رابط منطبق شود، تعداد مراحل موردنیاز برای رسیدن به این حالت بی نهایت می 𝑅∆در صورتی که یکی از خطوط عبوری از (3

شود.

برای دستیابی به مقدار حداقل حلال به صورت زیر عمل می کنیم:( 4

𝑆𝑅𝑁𝑃را رسم می کنیم و با 𝐹خط رابط عبوری از 𝑅𝑚𝑖𝑛∆تلاقی می دهیم تا نقطۀ

با 𝐹بدست آید. محل تلاقی خط رابط عبوری از

𝑅𝑁𝑃را می دهد. از تقاطع 𝐸1𝑚𝑖𝑛منحنی تعادلی، 𝐸1𝑚𝑖𝑛 و𝐹𝑆 نقطۀ ،𝑀𝑚𝑖𝑛 .حاصل می شود

مقدار حداقل حلال

𝐹 مقدار=

𝐹𝑀𝑚𝑖𝑛̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅

𝑆𝑀𝑚𝑖𝑛̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅

مینیمم حلال را نمی دهد.مقدار 𝐹در صورتی که خطوط رابط تغییر شیب دهند، رسم خط رابط عبوری از (5

تر است )اگر در سمت نزدیک 𝑆دورتر است )اگر در سمت چپ منحنی باشد( یا نقطه ای که به 𝑆مطابق شکل زیر نقطۀ تقاطعی که از ( 6

راست باشد(، نقطۀ تفاضل متناظر با حلال مینیمم را مشخص می کند.

ناهمسومقدار مینیمم حلال برای استخراج با جریان های

اگر منظور از حلال اولیه، جزء حامل و حلال ثانویه، حلال باشد؛ می توان گفت که اگر شیب خطوط رابط مثبت باشد، فاز استخراج شده ( 2

نسبت به پسماند دارای حل شوندۀ بیشتری می باشد. در نتیجه می توان با مقدار متوسطی حلال، حل شونده را استخراج نمود. اگر شیب

بط منفی باشد، باز عمل استخراج امکان پذیر است، اما مقدار حلال بیشتری )چون فاز استخراج شده غنی از حل شونده نیست( خطوط را

تر است.لازم است. در نتیجه شیب مثبت مناسب

اییاین اطلاعات ضروری است: شدت و ترکیب خوراک، شدت و ترکیب حلال، غلظت محلول استخراج شدۀ نه 𝑅∆برای داشتن ( 8

مقدار توان باباشد. در نتیجه میشوندۀ بیشتری می( اگر شیب خطوط رابط مثبت باشد، فاز استخراج شده نسبت به پسماند دارای حل.

پذیر است؛ اما مقدار حلال شونده را استخراج نمود. اگر شیب خطوط رابط منفی باشد، باز هم عمل استخراج امکانمتوسطی حلال، حل

تر است.در نتیجه شیب مثبت مناسب شونده نیست،ت چرا که فاز استخراج شده غنی از حلبیشتری لازم اس

ها دارای شیب مثبت و برخی دارای شیب منفی هستند، بنابراین ممکن است Tie Lineهای سولوتروپیک، به علت آنکه برخی از ( در محلول10

𝑆𝑅𝑁𝑝ها با امتداد Tie Lineمحل تلاقی این در سمت چپ یا در سمت راست دیاگرام مثلثی واقع شود.

از طرفی با توجه به این قاعدۀ کلی:

𝑁ترین مقدار حلالی است که حداقل حلال، بزرگ» = «بکند ∞

𝑆𝑅𝑁𝑝ها امتداد Tie Lineاگر است و اگر این تلاقی در سمت راست 𝑅𝑚𝑖𝑛∆را در سمت چپ دیاگرام مثلثی قطع نمایند، دورترین محل تلاقی

های سولوتروپیک به علت آنکه هر دو امکان تلاقی در سمت چپ یا راست دیاگرام است. در محلول 𝑅𝑚𝑖𝑛∆ترین محل تلاقی قرار گیرد، نزدیک

دار حلال مصرفی بیشتری شود؛ هر کدام مقترین تلاقی در سمت راست مقایسه میوجود دارد، لذا دورترین تلاقی در سمت چپ با نزدیک

است. 𝑅𝑚𝑖𝑛∆داشت،

دستگاه های استخراج

فاز نزدیک به یکدیگر است، برای اختلاط است اما در استخراج، چون چگالی دودر جذب و تقطیر عمل اختلاط و جداسازی آسان و سریع (1

و جداسازی انرژی کمی در دسترس است.

گرانروی هر دو فاز در عمل استخراج نسبتاً بالا و سرعت خطی دستگاه پایین است. در نتیجه انرژی لازم برای اختلاط و جداسازی به روش (2

مکانیکی تأمین می شود.

از است، وردنیدستگاه های استخراج به صورت پیوسته یا ناپیوسته کار می کنند. وقتی که کمیت های موجود زیاد و مراحل متعدد تماس م (3

جریان پیوسته مقرون به صرفه خواهد بود.

حصول پسماند تر از متر یا سنگینبیشتر دستگاه های استخراج پیوسته هستند. با توجه به اینکه محصول استخراج شده ممکن است سبک (4

باشد، محصول استخراج را از قسمت فوقانی و یا تحتانی دستگاه خارج می کنند.

مایع با استفاده از غشاهای متخلخل نیز انجام می شود. این روش در جداسازی های مشکل کاربرد دارد. –یع استخراج ما (5

مایع که در آن فاز سنگین از بالای برج به صورت فاز پخش شده به داخل فاز سبک و پیوسته می ریزد، –در یک دستگاه استخراج مایع ( 6

د فاز پخش شده به داخل برج صورت می پذیرد.بیشترین قسمت انتقال جرم در ابتدای ورو

های حجمی آن وابسته است.های استخراج، انتخاب فاز پراکنده و پیوسته به شدت جریان( در طراحی دستگاه2

های استخراجانواع دستگاه

:(Mixer - Settlerته نشین کننده ) –مخلوط کننده ( 1

کار می رود و دومهکننده که برای تماس و در نتیجه افزایش انتقال جرم بین دو فاز باین دستگاه شامل دو قسمت است: یکی مخلوط ( 1

تر است.آل نزدیکاین دستگاه به شرایط ایده نشین کننده که برای جداسازی مکانیکی به کار می رود.ته

مخلوط کننده ها دو نوع هستند: (2

مداوم کاربرد دارند و انتقال جرم خیلی ضعیفی دارند.مخلوط کننده های جریانی یا خطی: تنها برای عملیات .1

مخازن همزن دار: همزن ها معمولاً از نوع تیغۀ پهن توربینی هستند. معمولاً مایعی که دارای شدت جریان حجمی کمتری باشد، در .2

دیگری پراکنده می شود.

ازده خواهد شد. بازگشت مایعی که حل شونده در آن بیشتر بازگشت مقداری از مایعات ته نشین شده به مخلوط کننده، موجب افزایش ب (3

حل می شود، بازدۀ مرحله را افزایش، در حالی که بازگشت دیگری یا هر دو، بازده را کاهش می دهد.

حالت هته نشین کننده، اغلب یک دکانتور ساده است که به طور پیوسته و تحت نیروی جاذبه کار می کند. در مایعاتی که به راحتی ب( 4

امولسیون تبدیل می شوند و چگالی آن ها تقریبًا یکسان است، گاهی اوقات لازم است تا خروجی مخلوط کننده را از صفحه ای از جنس

کی سفایبرگلاس عبور دهند تا ته نشینی در اثر نیروی جاذبه به خوبی انجام گیرد. برای جداسازی های دشوارتر از دستگاه های گریز از مرکز دی

تفاده می شود.اس

ته نشین کننده هستند که بدون داشتن لوله های واسطه طراحی –استخراج کننده های جعبه ای نوعی از دستگاه های مخلوط کننده (5

شده اند.

6 )Mixer-Settler از فرض دارای تلاطم و سرعت انتقال جرم بالایی است و همچنین زمان اقامت در آن زیاد می باشد، در نتیجه می توان

تعادل بین فازها به خوبی استفاده کرد.

برای رسیدن به تعادل فازی، قابل کنترل است. Mixer-Settlerدستگاه ( 2

باشد.فاز ویسکوز مناسب می 2های حاوی کننده، برای استخراج محلولدلیل وجود مخلوطبه Mixer-Settler( دستگاه 8

شود که تعداد مراحل واقعی مشخص باشد.زمانی استفاده می Mixer-Settler( از .

:برج های دارای سینی مشبک( 2

این برج ها هم در ظرفیت عملکرد مایعات و هم در بازدۀ استخراج خیلی مؤثر هستند و معمولاً برای سیستم هایی به کار می روند که ( 1

ها لازم نیست.کشش بین سطحی کمی دارند و نیروی زیادی برای هم زدن آن

انتقال جرم در این ستون ها خیلی خوب است؛ زیرا:( 2

اختلاط محوری فاز پیوسته بین سینی ها محدود می شود و از مرحله ای به مرحلۀ دیگر ادامه نمی یابد. .1

به صورت قطرات فاز پخش شده که در هر مرحله حاصل می شوند، تجمع یافته و تمایل به ایجاد گرادیان غلظت داخل قطره ها .2

یکسان در طول ستون را از بین می برند.

در این برج ها معمولاً مایع سبک، فاز پراکنده را تشکیل می دهد. (3

طرح تصحیح شده ای از این نوع برج ها که فقط یک طرف سینی مشبک است و از یک سینی به سینی دیگر سوراخ ها از چپ به راست (4

یی استخراج می شود. ظرفیت جریان برج های سینی دار مشبک به خصوصیات تشکیل قطره، سرعت حد تغییر می کنند، باعث افزایش کارا

قطره، ماندگی فاز پخش شده، و اختلاف فشار بستگی دارد.

مایع که به صورت برجی شکل با سینی های سوراخ دار ساخته شده اند، حداکثر انتقال جرم در موقع تشکیل –در واحدهای استخراج مایع ( 5

یک حباب پیوسته در فاز ناپیوسته صورت می گیرد. علت اصلی این پدیده این است که اختلاف غلظت جسم محلول در سطح حباب تازه

تشکیل شده با غلظت فاز پیوسته نسبتاً زیاد است.

مایع با تبادل انرژی همراه باشد، بین سینی ها اختلاف درجه حرارت وجود خواهد داشت. –اگر عمل انتقال جرم در برج استخراج مایع ( 6

است. %20مایع از نوع سینی دار، ماندگی فاز پخش شده در بین سینی ها کمتر از –در یک برج استخراج مایع ( 2

شود که کشش بین سطحی کم باشد.فاده میدار زمانی استهای سینی( از برج8

:برج های پاششی( 3

ساده ترین نوع دستگاه با تماس دیفرانسیلی می باشد. این دستگاه بدترین حالت از نظر تشکیل پدیدۀ اختلاط محوری است، به طوری که ( 1

ستفاده از این دستگاه ها توصیه نمی شود.به سختی می توان بیشتر از معادل یک مرحلۀ تئوری از آن ها بدست آورد. به این علت ا

در این دستگاه انتخاب فاز پراکنده بستگی به شدت جریان، گرانروی، و خصوصیات مرطوب کنندگی دو فاز دارد. (2

به منظور ایجاد سطح مشترک بیشتر، فاز دارای شدت جریان بیشتر را پراکنده می کنند. اما اگر اختلاف گرانروی بالا باشد، فاز دارای (3

گرانروی بیشتر را برای افزیش سرعت ته نشینی پراکنده می کنند.

راف از تعادل، نیروی محرکۀ انتقال جرم را فراهم می در اینجا مایع هر سطحی که داشته باشد، تعادل برقرار نمی شود، چون همین انح (4

کند. سرعت انتقال جرم در استخراج نسبت به تقطیر یا جذب پایین است. در نتیجه یک ستون بلند معادل تعداد کمی مرحلۀ ایده آل است.

یل می شوند، بیشتر است، چون در این جا تشکوسته در منطقه ای که قطرات در آندر برج های پاششی واقعی، تماس بین قطره ها و فاز پی

منطقه شدت انتقال جرم بیشتر است. در هر حالتی، افزایش ارتفاع متناسب با افزایش تعداد مراحل نیست. پراکندن مجدد قطرات در فواصل

خیلی بزرگ برج بسیار مؤثر است. این عمل در برج های آکنده انجام می شود.

:برج های آکنده )پرشده(( 4

تفاده از پرکن در برج های آکنده باعث کاهش اختلاط محوری و همچنین تغییر شکل قطرات فاز پخش شده می گردد. این عوامل باعث اس( 1

بهبود عملکرد این برج ها نسبت به برج های پاششی می شود.

وردگی مشکل خ هرگونهاخت که تقریباً و آن ها را می توان به شکلی س آکنده به برج های پاششی نزدیک هستنداز نظر سادگی برج های ( 2

و یا فشار را با هزینۀ مناسب برطرف کرد. عیب عمدۀ این دستگاه پدیدۀ مجراسازی است.

طبیعت جریان مایع در این برج ها بستگی به نوع پرکن و نحوۀ قرارگیری پخش کننده های مایع دارد. اگر شدت جریان یکی از این دو (3

سته ثابت نگه داشته شود و شدت جریان فاز دیگر افزایش یابد، به نقطه ای می رسیم که قطره های فاز پراکنده شده فاز پراکنده شده یا پیو

ا ر به یکدیگر می پیوندند و انباشتگی این فاز افزایش یافته و در نهایت هر دو فاز از خروجی مربوط به فاز پیوسته خارج می شوند. این حالت

مشترک فازها، اختلاف چگالی ی. سرعت طغیان در برج های آکنده به گرانروی و چگالی فاز پیوسته، کشش سطحطغیان )غرقابی( می نامند

فازها، مساحت ویژۀ پرکن و تخلخل بستگی دارد.

در برج های آکنده با اینکه اختلاط محوری خیلی کمتر از برج های پاششی است، شدت انتقال جرم کم است. توصیه می شود که در ( 4

یستم های با کشش بین سطحی کم از برج های سینی دار مشبک و برای کشش بین سطحی زیاد از استخراج کننده هایی با همزن مکانیکی س

استفاده شود.

مایع لازم است از تشکیل شرایط غرقابی پرهیز گردد. به عنوان مثال؛ قطرات فاز ناپیوسته به یکدیگر –در واحدهای آکنده استخراج مایع ( 5

وصل شده و به صورت یک فاز پیوستۀ دیگر همراه با فاز پیوستۀ اصلی از محل خروج فاز پیوستۀ اصلی از واحد خارج می شوند.

کنند.، انرژی کمتری مصرف میهای مکانیکیدلیل عدم داشتن قسمتهای پرشده بهبرج( 6

𝑶𝒍𝒅𝒔𝒉𝒖𝒆استخراج کنندۀ ( 5 − 𝑹𝒖𝒔𝒉𝒕𝒐𝒏 𝑬𝒙𝒕𝒓𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝑴𝒊𝒙𝒄𝒐 𝑳𝒊𝒈𝒉𝒕𝒏𝒊𝒏 𝑪𝑴:

در این دستگاه برای کاهش اختلاط محوری از صفحات افقی استفاده می شود.

:𝑹𝑫𝑪تماس دهنده با دیسک چرخان ( 6

ه قبلی است. با این تفاوت که بافل های عمودی در آن ها وجود ندارد و هم زدن در اثر دیسک های چرخان که این دستگاه مشابه دستگا( 1

رف های دیگر انرژی بیشتری مصمعمولاً سرعت بیشتری از پره های توربینی دارند، انجام می شود. در شرایط یکسان، این روش نسبت به روش

کند.می

نقطۀ بهینه ای وجود دارد، به صورتی که با افزایش دوران ابتدا راندمان افزایش می یابد؛ ولی بعد از مقدار محدودی 𝑅𝐶𝐷در برج های ( 2

افزایش، راندمان کاهش می یابد.

:𝑻𝒓𝒆𝒚𝒃𝒂𝒍استخراج کنندۀ ( 7

ته نشین کننده های عمودی است. چون اختلاط محوری در این نوع دستگاه وجود ندارد، –این دستگاه در واقع گروهی از مخلوط کننده

شدت انتقال جرم زیاد است.

:برج های صفحه ای( 8

این برج ها برای استخراج محلول های کثیف حاوی ذرات جامد معلق استفاده می شود. از آنجا که جریان مایع در برج های صفحه ای آرام و

و هیچگونه تغییر شدیدی در سرعت و یا جهت جریان ایجاد نمی شود، این برج ها برای مایعاتی که به راحتی امولسیون یکنواخت است

مرحلۀ ایده آل است. 0.1تا 0.05تشکیل می دهند، مناسب هستند. این برج ها مخلوط کننده های خوبی نیستند و هر صفحه فقط معادل

:(𝑷𝒖𝒍𝒔𝒆𝒅ستون ضربه ای )( 9

در این برج ها ضربه ها باعث پراکنده شدن مایع، جلوگیری از پدیدۀ مجراسازی و افزایش تماس بین فازها می شود. چون این استخراج ( 1

کننده ها هیچ قسمت متحرکی ندارند، خیلی عملی هستند و برای محلول های رادیواکتیو در انرژی اتمی کاربرد دارند.

تفاده نمی شود. اگر ضربه رو به بالا باشد، فاز سبک در فاز سنگین و اگر ضربه رو به پایین باشد، فاز سنگین در در این برج ها از ناودان اس( 2

هم می رسد، اما در حالت معمول بازده حدود %20فاز سبک توزیع می شود. این برج ها اگر به صورت ایده آل عمل کنند، بازدۀ آن ها به

ن های ضربه ای با سینی غربالی و هم در ستون های ضربه ای آکنده، ارتفاع لازم برای تعداد معینی تماس است. با این وجود هم در ستو 30%

اغلب کمتر از یک سوم ارتفاع موردنیاز ستون غیرضربه ای است.

می شود. در این دستگاه ها اگرچه شدت انتقال جرم در برابر هزینۀ انرژی افزایش می یابد، اما ظرفیت این دستگاه ها کم( 3

ستون های ضربه ای دارای بیشترین کاربرد صنعتی می باشند.( 4

مایع از نوع پالسی، تعداد ضربات وارده در واحد زمان می باشد که با افزایش تعداد ضربات، راندمان –اساس کار ستون های استخراج مایع ( 5

یش بیش از اندازۀ تعداد ضربات، باعث ایجاد پدیدۀ تداخل شده و نتیجۀ آن نیز افزایش می یابد. اما این مطلب همواره صادق نبوده چون افزا

منفی بر روی سیستم اعمال می کند.

رسند مناسب نیست.ای زمانی که فازها سریع به تعادل میهای ضربه( ستون6

:)گریز از مرکز( ( استخراج کننده های سانتریفوژ11

پابیلنیاک است.مهمترین نوع این دستگاه، استخراج کنندۀ ( 1

این دستگاه ها گران قیمت هستند و کاربرد نسبتاً محدودی دارند. از مزیت های این دستگاه، تعداد تماس زیاد در یک فضای کوچک و ( 2

تگاه ن دسویتامین ها و آنتی بوتیک ها کاربرد دارند. ای لذا در استخراج محصولات حساس مانند ثانیه است. 4زمان تجمع کوتاه مایع، در حدود

برای مواردی که اختلاف دانسیته کم باشد نیز کاربرد دارد.

زمانی که اختلاف دانسیتۀ خوراک بسیار کم بوده و زمان تماس و جداسازی کوتاهی لازم باشد، استفاده از دستگاه های استخراج با نیروی ( 3

گریز از مرکز توصیه می شود.

استخراج کننده ها با همزن مکانیکی: ( 11

و یا کمتر است، پخش خوب مایعات با کشش بین سطحی زیاد در این 0.1مایع وقتی اختلاف دانسیته –در استخراج کننده های مایع ( 1

برج ها غیرممکن و شدت انتقال جرم کم است. شدت انتقال جرم با استفاده از همزن مکانیکی بهبود می یابد. در این دستگاه هم اختلاط و

ریان ثقلی وابسته است.هم جداسازی به ج

در اینجا بیشتر عملیات انتقال جرم در ناحیۀ اختلاط و بخشی از آن در بخش ته نشین کننده انجام می شود. در نتیجه بازدۀ هر مرحلۀ (2

حالتی است. عیب جدی این دستگاه نگهداری قطعات متحرک داخلی، مخصوصاً در %100تر از ته نشین کننده اغلب بزرگ –مخلوط کننده

که مایعات خورنده باشد، است.

مایع-های استخراج مایعدستگاهنکات

دار معمولاً مایعی که دارای شدت جریان کنند. در مخازن همزندر عملیات استخراج فازی که دارای ویسکوزیتۀ بیشتری باشد، را پخش می( 1

های پاششی به منظور ایجاد سطح مشترک بیشتر فاز دارای شدت جریان بیشتر شود. اما در برجحجمی کمتری باشد، در دیگری پراکنده می

کنند. را پراکنده می

های سانتریفوژی کنندهشود. در استخراجهم می %100باشد و گاهی بازده بیشتر از زده، سرعت انتقال جرم و تلاطم زیاد میهای همدر برج( 2

به علت ایضربههای کنند، تلاطم و سرعت انتقال جرم بالا است و لذا بازده زیاد است. در ستوننیز با توجه به اینکه اغلب در دور بالا کار می

های غربالی دارای تلاطم رسد. سینیهم می %20ها به طوری که بازدۀ آنضربه و پراکندگی فازها، سطح تماس بین فازها و تلاطم بالا است به

باشند.تری نسبت به سایر موارد میو انتقال جرم کم

فصل سوم عملیات واحد: تبخیر

مقدمه

مایع محسوب می شود. –تقیم است که جزء فرآیندهای گاز تبخیر یک روش جداسازی مس( 1

هدف از تبخیر، بالا بردن غلظت یک محلول دارای یک حلال فرار و یک حل شونده غیرفرار است. (2

تفاوت تبخیر با خشک کردن در این است که در تبخیر مادۀ باقی مانده مایعی است که اغلب گرانروی بالایی دارد، نه جامد. (3

اغلب یک جزئی است. اگر بخار تشکیل شده شامل دو ،در تبخیر برخلاف تقطیر، بخار تشکیل شده به علت اختلاف زیاد دمای جوش اجزاء (4

جزء باشد، امکان جداسازی از راه تبخیر وجود ندارد.

تشکیل شود، ر. اگر در فرآیند تبخیر بلوریتفاوت تبخیر با تبلور در این است که در تبخیر تأکید بر روی تغلیظ محلول است تا تشکیل بلو (5

چون در لوله ها رسوب می کند، باید آن را از محلول خارج کرد.

در تبخیر، محلول غلیظ محصول باارزش است. به جز یک مورد خاص که بازیافت آب آشامیدنی از آب دریا است که تقطیر آب گفته می (6

شود.

عبارتند از: غلظت، کف کردن، حساسیت دمایی و رسوب. به دلیل خواص گوناگون مایع، تبخیرکننده مهمترین خواص مایعات در حال تبخیر (2

های گوناگونی طراحی شده است. انتخاب هر یک از این طراحی ها در درجۀ نخست به ویژگی های مایع بستگی دارد.

تقطیر بهتر است.جای برج برای یک مایع حاوی ذرات جامد، استفاده از تبخیرکننده به( 8

ایای و چند مرحلهتبخیرکننده های یک مرحله

اتمسفر می باشد، گرم می شوند. 3تر از بسیاری از تبخیرکننده ها با حرارت ناشی از میعان بخار آب که اغلب دارای فشار مطلق پایین (1

یع تبدیل و دور ریخته می شود. به این روش، تبخیر یک وقتی از یک تبخیر کننده استفاده شود، بخار حاصل از مایع در حال جوش به ما( 2

کنندۀ دوم تغذیه شود و بخار حاصل از تبخیرکنندۀ دوم وارد مبرد ک تبخیرکننده به محفظۀ بخار تبخیرمرحله ای گویند. اگر بخار حاصل از ی

دۀ ب حاصل از تبخیرکنندۀ اولی در تبخیرکنناز بخار آ در اینجا به علت اینکه گردد، در این عمل از دو دستگاه تبخیرکننده استفاده کرده ایم.

دومی استفاده می شود، به ازای یک واحد جرم بخار آب مصرفی میزان تبخیر تقریباً دو برابر شده است. به این سیستم تبخیرکنندۀ دو مرحله

ای گفته می شود.

انواع تبخیرکننده ها

رم می شوند و امروزه بسیار متداولند را می توان به دو گونه تقسیم بندی نمود.تبخیرکننده های لوله ای که با سیستم بخار آب گ

تبخیرکنندۀ عمودی با لولۀ بلند و همزن دار( 1

تبخیرکنندۀ عمودی با لولۀ بلند: .1

این نوع تبخیرکننده به سه گونۀ مختلف می باشد:( 1

افزایش غلظت مایعاتی که ایجاد کف می کنند، بسیار مؤثر است.الف( لولۀ بلند و جریان رو به بالا: این نوع تبخیرکننده در

(: این نوع تبخیرکننده در صورتی که در آن هیچ گردش مجددی وجود نداشته باشد، 𝐹𝑎𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 𝑓𝑖𝑙𝑚ب( لولۀ بلند و جریان رو به پایین )

مناسب است. مشکل اصلی این نوع تبخیرکننده نحوۀ توزیع در تغلیظ مواد حساس به حرارت که زمان تماس با سطح گرم باید حداقل باشد،

یمایع به طور یکنواخت مثل فیلم در داخل لوله ها است. این مشکل را می توان با استفاده از یک صفحۀ فلزی مشبک و یا توزیع کنندۀ عنکبوت

ا گرانروی بالا به کار می رود.این دستگاه همچنین برای افزایش غلظت مایعات ب و یا با استفاده از پاشنده حل نمود.

از تبخیرکنندۀ فیلم نزولی برای افزایش غلظت یک محلول دارویی حساس به دما با ویسکوزیتۀ بالا استفاده می شود.

شونده در یک سیستم تبخیرکننده ضمن حساس بودن به دما، افزایش ویسکوزیتۀ آن با تغلیظ نیز قابل توجه در صورتی که محلول تغلیظ

ای با فیلم نزولی بهترین انتخاب برای آن است.، آنگاه تبخیرکنندۀ یک مرحلهباشد

𝐹𝑜𝑟𝑐𝑒𝑑ج( گردش اجباری ) − 𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 در مایعات با گرانروی بالا، ضریب کل یک دستگاه با گردش طبیعی پایین و غیراقتصادی :)

در مایعات رقیق، مزیتی که گردش اجباری نسبت به گردش طبیعی می آید.است. در تبخیرکننده با گردش اجباری ضرایب بالاتر بدست

گر از ادارد، با توجه به هزینۀ بالای پمپ، چندان با ارزش نیست. ولی در مواد با گرانروی بالا این هزینۀ اضافی توجیه اقتصادی دارد، خصوصاً

دارند، در این دستگاه ها تغلیظ می شوند. این دستگاه ها برای تغلیظ مایعاتی که حساسیت متوسطی به حرارت فلزات گرانبها استفاده شود.

محلول های دارای نمک و محلول هایی که میل به تشکیل کف دارند نیز استفاده می شوند.

ایع و م زایی دارند. کف ایجاد شده وقتی با سرعت زیاد مخلوط( تبخیرکنندۀ عمودی لوله بلند، برای موادی مناسب است که خاصیت کف2

شکند که باعث افزایش ضریب انتقال حرارت و کاهش ماندگی مایع در فاز بخار خواهد شد.کند، میها برخورد میبخار با بافل

های کم به دلیل زمان ماند بیشتر خوراک درون تبخیرکننده، ماکزیمم شدن دما به نسبت ( در تبخیرکنندۀ عمودی لوله بلند، در سرعت3

های کم، ماکزیمم دما در وسط طور تجربی مشاهده شده است که برای سرعتافتد. بههای بالای خوراک زودتر اتفاق میعتهای با سرحالت

باشد.های بالا در انتهای لوله میلوله و در سرعت

(: 𝑨𝒈𝒊𝒕𝒂𝒕𝒆𝒅 𝒇𝒊𝒍𝒎تبخیرکنندۀ همزن دار ) .2

مایع در حال جوش در تبخیرکننده، از قسمت مایع نتیجه می شود. یکی از راه های کاهش مقاومت اصلی در برابر انتقال گرما از بخار آب به

در .این مقاومت، استفاده از همزن می باشد. مزیت اصلی این نوع تبخیرکننده، توانایی آن در انتقال گرمای سریع مایعات با گرانروی بالا است

تبخیرکنندۀ همزن دار برای موادی با گرانروی بالا و حساس به یش گرانروی کمتر است.این نوع تبخیرکننده کاهش ضریب انتقال گرما با افزا

یدما، مثل ژلاتین، مادۀ خام پلاستیک، آنتی بیوتیک ها، و آب میوه ها بسیار کاربرد دارد. معایب این دستگاه هزینۀ ساخت بالا و قسمت ها

اشته باشند و ظرفیت پایین دستگاه های تک واحدی نسبت به تبخیرکننده های متحرک که ممکن است به تعمیر و نگهداری زیادی احتیاج د

تبخیرکننده های همزن دار همیشه یک مسیر دارند. چند لوله ای می باشد.

تبخیرکننده با یک مسیر عبوری و گردشی

ذا بت تبخیر به خوراک محدود است، لدر تبخیرکننده تک مسیره، همۀ تبخیر در یک مسیر صورت می گیرد. در این نوع تبخیرکننده نس( 1

برای تبخیرکننده چند مرحله ای بسیار مناسب است.

تبخیرکننده با یک مسیر عبوری به علت اینکه محلول به مدت کوتاهی در دمای تبخیر می ماند و بلافاصله پس از خروج سریع سرد می ( 2

شود، برای مواد حساس به گرما بسیار مفید است.

های گردشی قادر به کار در محدودۀ وسیعی از غلظت بین خوراک و محلول غلیظ حاصل هستند و با تبخیرکنندۀ یک مرحله تبخیرکننده( 3

ای سازگاری دارند. این دستگاه ها می توانند با گردش طبیعی که در اثر اختلاف چگالی مواد در داخل لوله ایجاد می شود و همچنین گردش

ی شود، کار کنند.اجباری که توسط پمپ ایجاد م

تبخیرکننده های جریان رو به بالا و جریان رو به پایین معمولاً گردشی هستند.( 4

در صورت امکان تبخیرکننده ها را از جنس فولاد می سازند. اما برای محلول هایی که باعث خوردگی آهن می شوند از مواد دیگری مانند ( 5

گران قیمت هستند، برای کاهش هزینه باید سرعت انتقال گرما را زیاد کرد. مس و نیکل استفاده می کنند. چون این مواد

ظرفیت تبخیرکننده

با توجه به نوع خوراک ورودی سه حالت زیر رخ می دهد:( 1

𝑞𝛼الف( اگر خوراک در دمای جوش باشد، ظرفیت در حال جوش

ظرفیت >ب( اگر خوراک سرد باشد، ظرفیت در حال جوش

ظرفیت <ج( اگر خوراک بالاتر از دمای جوش باشد، ظرفیت در حال جوش

مقدار واقعی افت دما در سطح گرم کننده به نوع محلولی که تبخیر می شود، به اختلاف فشار بین بخار آب و بخار بالای مایع در حال (2

و به عمق مایع در سطح گرم کننده بستگی دارد. ،جوش

عمولی نقطۀ جوش محلول تحت تأثیر صعود نقطۀ جوش و فشار مایع قرار می گیرد.در تبخیرکننده های م( 3

پنج مقاومت در مقابل انتقال گرما در تبخیرکننده وجود دارد که عبارتند از: (4

مقاومت جریان بخار آب .1

مقاومت در داخل لوله .2

مقاومت در خارج لوله .3

مقاومت در دیوارۀ لوله .4

مقاومت مایع در حال جوش .5

با توجه به جدول بالا ضریب انتقال حرارت در گردش اجباری بیشتر از گردش طبیعی است و از طرفی با افزایش ویسکوزیته، ضریب کلی (5

انتقال حرارت کاهش می یابد.

صعود نقطۀ جوش و قاعدۀ دورینگ

باشد نقطۀ جوش که به واسطۀ ناخالصی می در یک فشار مشخص، نقطۀ جوش محلول بالاتر از نقطۀ جوش آب خالص می باشد. این افزایش (1

( گویند.𝐵𝑃𝑅 یا 𝐵𝑃𝐸را صعود نقطۀ جوش )

در محلول های رقیق و محلول های کلوئیدی آلی، مقدار افزایش نقطۀ جوش کم است ولی برای محلول های غلیظ نمک های آلی حتی (2

نیز می رسد. ℃80به

این قاعده بدین صورت است که نقطۀ قاعده ای تجربی به نام قاعدۀ دورینگ محاسبه می کنند. را از 𝐵𝑃𝐸برای محلول های غلیظ مقدار (3

جوش محلولی معین، تابع خطی از نقطۀ جوش آب خالص در همان فشار است. در محدودۀ فشار بالا این قاعده دقیق نیست، اما اگر محدودۀ

عود ه به شکل زیر، صمتوسط باشد خطوط برای غلظت های مختلف تقریباً مستقیم هستند، اما الزاماً موازی نیستند. به عنوان مثال با توج

است. ℉20درصد هیدروکسید سدیم 25نقطۀ جوش برای محلول

آب -خطوط دورینگ برای سیستم هیدروکسید سدیم

تابع قوی از غلظت و تابع ضعیفی از دما است. 𝐵𝑃𝐸با توجه به شکل بالا، (4

یابد. افزایش و افت دما کاهش می 𝐵𝑃𝐸با افزایش غلظت، نقطۀ جوش محلول و (5

6 )𝐵𝑃𝐸 ،مستقل از فشار است و اگر غلظت ثابت بماند𝐵𝑃𝐸 ماند.نیز ثابت می

اثر فشار مایع و اصطکاک روی افت دما

متر از سطح مایع در تبخیرکننده بیشتر از فشار و نقطۀ جوش در سطح مایع است. 𝑧فشار و در نتیجه نقطۀ جوش در نقطه ای به فاصلۀ (1

،به علاوه وقتی سرعت مایع بالا باشد، تلفات اصطکاک در لوله ها، فشار متوسط مایع را زیاد می کند و در نتیجه در تبخیرکننده های واقعی

مایع می باشد که در آنجا بخار فقط روی مایع فشار وارد می کند. چنین میانگین نقطۀ جوش مایع در لوله ها بالاتر از نقطۀ جوش سطح

افزایشی در نقطۀ جوش، افت دما را بین بخار و مایع کم می کند و در ضمن ظرفیت را می کاهد.

شکل زیر دمای تبخیرکننده ای را در فواصل مختلف از طول لوله نشان می دهد. (2

ت دما در تبخیرکننده های عمودی با لولۀ بلندتغییرات دمایی مایع در لوله و اف

در سرعت های بالا، سیال تا انتهای لوله به صورت مایع باقی می ماند و در فاصلۀ انتهایی بطور ناگهانی به مخلوط مایع و بخار تبدیل می (3

( در این حالت بیشتر و 𝑏ن نقطۀ جوش )شود. در سرعت پایین افت فشار کمتر و در نتیجه فشار و نقطۀ جوش محلول بیشتر است. بنابرای

ار خافت دما کمتر از حالت سرعت بالا است. در این حالت چون زمان اقامت مایع بیشتر است، در نتیجه مایع زودتر و در نزدیکی مرکز لوله به ب

تبدیل می شود.

نیست و سرعت آن پایین است بسیار کم و در بخش دوم در مورد افت فشار در لوله، تغییر فشار در نیمۀ اول لوله که مایع در حال جوش ( 4

افت فشار به دلیل سرعت مایع افزایش می یابد. بطور کلی هرچه دبی جرمی بیشتر باشد، افت فشار بیشتر است.

افزایش غلظت مایع، افزایش ارتفاع مایع، و کاهش سرعت مایع باعث کاهش افت دما در لوله های تبخیرکننده می شود.( 5

اگر در تبخیرکننده، دمای نقطۀ جوش ثابت بماند، یا با مادۀ خالص و یا با محلول در نقطۀ آزئوتروپ سروکار داریم.( 6

افت فشار بیشتر یعنی هد فشار بیشتر روی مایع و در نتیجه دمای لازم برای تبخیر بالاتر رفته و به دلیل عدم جوشش، ضریب انتقال ( 2

شود. فیت کمتر میرود. پس ظرتر میحرارت پایین

شود.( افزایش دمای تبخیرکننده باعث کاهش نیروی محرکه در عمل تبخیر می8

یابد.افزایش می 𝑇∆شود؛ در نتیجه ( افزایش اصطکاک سبب بالا رفتن افت فشار و کاهش دمای جوش محلول می.

دلیل اختلاف فشار ناشی از اختلاف ارتفاع بین سطح ای درون مایع کمتر است )به( نقطه جوش در سطح یک مایع از نقطه جوش نقطه10

باشد. ها بالاتر از نقطه جوش سطح مایع میهای واقعی، میانگین نقطه جوش مایع در لولهمایع و نقطۀ درون مایع(. در نتیجه در تبخیرکننده

دهد. از طرفی هر چه سرعت مایع درون یچنین افزایشی در نقطه جوش، منجر به کاهش اختلاف دما شده و در نتیجه ظرفیت را کاهش م

یابد که این امر منجر به کاهش دمای جوش مایع و افزایش اختلاف ها افزایش یابد، افت فشار افزایش و در نتیجه فشار مایع کاهش میلوله

شود.دما می

رود(، بلکه در دمای بالاتری نسبت بالا می ( چنانچه محلول با سررعت پایین حرکت کند، نه تنها زودتر به جوش آمده )چون زمان اقامتش11

آید. زیرا در سرررعت پایین افت فشررار در لوله کمتر اسررت و در نتیجه در مقاطع کند، به جوش میبه محلولی که با سرررعت بالا حرکت می

ت.ای جوش در این لوله بالاتر اسهای مختلف، همواره فشار در لوله با سرعت پایین، بیشتر است و در نتیجه دممتناظر بین دو لوله با سرعت

موازنۀ جرم و آنتالپی تبخیرکنندۀ یک مرحله ای

اییک مرحله موازنۀ جرم و آنتالپی در تبخیرکننده

غلظت برای سیستم های بدون گرمای رقیق شدن، مستقیم است. –دمای نمودار آنتالپی خطوط هم( 1

شده، منجر به افزایش احتمال پدیدۀ کاهش فشار تبخیرکننده، و کاهش دبی مادۀ تغلیظ(، کاهش دبی خوراک، Steam( افزایش فشار بخار )2

شوند.ای مینمکی شدن در تبخیرکنندۀ یک مرحله

تبخیرکننده های چند مرحله ای

شکل زیر، تبخیرکنندۀ سه مرحله ای با گردش طبیعی و لولۀ بلند را نشان می دهد.

ایتبخیرکنندۀ سه مرحله

اینجا بخار حاصل از هر تبخیرکننده در تبخیرکنندۀ بعدی مصرف می شود.در ( 1

فشار بخار آب در مرحلۀ اول بیشترین مقدار و در مرحلۀ آخر کمترین مقدار را دارد. فشار در هر مرحله از مرحلۀ قبلی کمتر می باشد. افت (2

ز نحوۀ ورود محلول و با توجه به جهت کاهش فشار نامگذاری می دمای هر مرحله مطابق افت فشار آن مرحله است. شمارش مراحل مستقل ا

شود. در حالت پایا، غلظت محلول غلیظ فقط با تغییر شدت جریان بخار تغییر می کند. اگر محلول خیلی رقیق باشد، سرعت تغذیه در مرحلۀ

اول کاهش و اگر خیلی غلیظ باشد، سرعت تغذیه افزایش می یابد.

خروجی از هر مرحله بتواند محلول غلیظ در مرحلۀ بعدی را به جوش آورد، فشار محلول در تبخیرکنندۀ بعدی را باید برای آنکه بخار (3

کاهش داد. به علت کاهش فشار، دما نیز کاهش می یابد. در نتیجه بخار خروجی از هر مرحله چون در فشار بالاتری است، می تواند محلول

مرحلۀ بعدی را به جوش آورد.

یت و فاکتور اقتصادی تبخیرکنندۀ چند مرحله ایظرف

افزایش فاکتور اقتصادی تبخیرکنندۀ چند مرحله ای به قیمت کاهش ظرفیت بدست می آید. در حالتی که شرایط نهایی یکسان است، ( 1

رحلۀ طح آن برابر سطح یک متر از ظرفیت تبخیرکنندۀ تک مرحله ای )در حالی که سظرفیت کلی تبخیرکنندۀ چند مرحله ای، معمولاً بزرگ

تبخیرکننده چند مرحله ای است( نیست. اگر صعود نقطۀ جوش زیاد باشد، نوع چند مرحله ای ظرفیت کمتری دارد. اگر صعود نقطۀ جوش

مرحله ای تقریباً 𝑁ناچیز باشد، مقدار بخار آب تبخیر شده به ازای واحد سطح تبخیرکنندۀ 1

𝑁 شود.تبخیرکنندۀ تک مرحله ای می

در تبخیرکنندۀ تک مرحله ای است، اما در بقیۀ مراحل چون 𝑈در مرحلۀ آخر مشابه ضریب 𝑈در تبخیرکنندۀ چند مرحله ای ضریب (2

در نوع چند مرحله ای بزرگتر از نوع تک مرحله ای است. 𝑈بزرگترند. در نتیجه ضریب میانگین 𝑈غلظت محلول کمتر است، ضرایب

در تبخیرکنندۀ چند مرحله ای اثر نقطۀ جوش را تحت الشعاع قرار می دهد. در این حالت 𝑈افزایش ضریب میانگین در بعضی موارد (3

ظرفیت تبخیرکنندۀ چند مرحله ای بزرگتر از نوع یک مرحله ای است. اگر از عوامل جزئی، مثل دمای خوراک و تغییر دمای تبخیر آن

چند مرحله ای با صعود نقطۀ جوش تغییر نمی کند. فاکتور اقتصادی یک تبخیرکنندۀ چند مرحله صرفنظر شود، فاکتور اقتصادی تبخیرکننده

ای بزرگتر از یک می باشد.

فاکتور اقتصادی تبخیرکنندۀ چند مرحله ای به موازنۀ گرمایی بستگی دارد نه به شدت انتقال گرما. (4

.فشار مایع مانند صعود نقطۀ جوش ظرفیت را کاهش می دهد (5

اگر تعداد مراحل زیاد و یا صعود نقطۀ جوش بسیار بالا باشد، مجموع صعود نقطه جوش ها بزرگتر از افت دمای کل موجود می شود. در (6

مرحله در نظر می گیرند. تعداد 5تا 3چنین حالتی کار غیرممکن می گردد. به همین دلیل تعداد مراحل تبخیرکننده ها را معمولاً بین

ه، از موازنۀ اقتصادی بین مقدار صرفه جویی در مصرف بخار و مقدار سرمایۀ اضافی برای ساخت تبخیرکنندۀ چند مرحله ای مراحل بهین

بدست می آید.

زیاد مانع از امکان استفاده مؤثر از 𝐵𝑃𝐸است؛ زیرا وجود 5الی 3ای، تعداد مراحل معمولاً محدود بین ( در یک تبخیرکننده چند مرحله2

گردد.بخار در مراحل مختلف می

)ضریب انتقال حرارت( کم می شود. 𝑈زیاد و 𝐵𝑃𝐸ای در جهت مسیر خوراک، در تبخیرکنندۀ چند مرحله( 8

روش های خوراک دهی

روش های مختلف خوراک دهی در تبخیرکننده های چند مرحله ای عبارتند از:

(𝑭𝒐𝒓𝒘𝒂𝒓𝒅 𝑭𝒆𝒆𝒅𝒊𝒏𝒈دهی از جلو )رفت( ) روش خوراک .1

این روش در شکل زیر نشان داده شده است.( 1

روش خوراک دهی از جلو

در این روش مایع رقیق توسط پمپی به مرحلۀ اول فرستاده می شود. غلظت مایع از اولین مرحله تا آخرین مرحله افزایش پیدا می کند. (2

برای خروج مایع غلیظ به پمپ نیاز است، اما چون محلول در جهت کاهش فشار پیش می رود، برای انتقال از یک مرحله به مرحلۀ دیگر

ست.احتیاجی به پمپ نی

این روش خوراک دهی برای مواد حساس به دما نظیر مواد دارویی و غذایی مناسب است. زیرا با افزایش غلظت محلول، ویسکوزیتۀ نیز (3

کاهش می یابد. 𝑞افزایش یافته و در نتیجه ضریب انتقال حرارت و متعاقب آن مقدار انتقال حرارت،

شود. همچنین به علت افزایش غلظت و کاهش فشار و دما، ویسکوزیته زیاد می BPEظت، دهی، به علت افزایش غل( در این روش خوراک4

شود.زیاد می

(𝑩𝒂𝒄𝒌𝒘𝒂𝒓𝒅 𝑭𝒆𝒆𝒅𝒊𝒏𝒈روش خوراک دهی از پشت )برگشت( ) .2

این روش در شکل زیر نشان داده شده است. (1

روش خوراک دهی از پشت

وارد شده و با توجه به اینکه در خلاف جهت کاهش فشار حرکت می کند، توسط پمپ از یک در این روش خوراک مایع از مرحلۀ آخر ( 2

مرحله به مرحلۀ بعد منتقل می شود. بنابراین در این روش علاوه بر اینکه به پمپی جهت خروج مایع غلیظ نیاز است، بین هر دو تبخیرکننده

نیز به پمپ نیاز داریم.

داشته باشد، روش خوراک دهی از پشت ظرفیت بیشتری نسبت به روش خوراک دهی از جلو دارد. اما برای وقتی محلول گرانروی بالایی ( 3

محلول خوراک سرد، ممکن است این روش مقرون به صرفه نباشد.

ر رو به عقب دتر شود، ویسکوزیته افزایش و ضریب انتقال حرارت کاهش می یابد. در روش در محلول با گرانروی بالا، هرچه محلول غلیظ (4

مرحلۀ آخر محلول غلیظ که ضریب انتقال حرارت کوچکی دارد با بخاری که دمای بالایی دارد در تماس قرار می گیرد. در نتیجه این روش

خوراک دهی برای مواد با گرانروی بالا مناسب است.

(𝑴𝒊𝒙𝒆𝒅 𝑭𝒆𝒆𝒅𝒊𝒏𝒈روش خوراک دهی ترکیبی ) .3

داده شده است. این روش در شکل زیر نشان( 1

روش خوراک دهی ترکیبی

در این روش، خوراک مایع رقیق در مراحل میانی وارد می شود و به طرف مراحل جلوتر جریان می یابد و تا به انتها می رود و در ادامه به ( 2

ر روش تغذیۀ برگشتی استفاده می مراحل اول پمپ شده تا عمل تغلیظ نهایی روی آن انجام گیرد. در این روش تعدادی از پمپ هایی که د

شد، حذف شده و تبخیر نهایی نیز در بالاترین دما انجام می شود.

(𝑷𝒂𝒓𝒂𝒍𝒍𝒆𝒍 𝑭𝒆𝒆𝒅𝒊𝒏𝒈روش خوراک دهی موازی ) .4

این روش در شکل زیر نشان داده شده است. (1

روش خوراک دهی موازی

هر تبخیرکننده می شود. در خوراک دهی موازی هیچ انتقال گرمایی بین مایع در در این روش، خوراک مستقیماً و به طور مجزا وارد ( 2

مراحل مختلف صورت نمی گیرد.

روش خوراک دهی موازی برای محلول های کریستال زا و یا رسوب زا استفاده می شود.( 3

مهمترین عامل در انتخاب روش خوراک دهی، ویسکوزیته می باشد. (5

تراکم مجدد بخار

از انرژی بخار آب آزاد شده از محلول در حال جوش می توان ، افت دما وجود داشته باشد،در صورتی که در جهت دلخواه برای انتقال گرما( 1

برای تبخیر آب استفاده کرد. این کار توسط تراکم مجدد بخار که براساس جبران بخار مصرفی است، صورت می گیرد.

ند از:دو نوع تراکم مجدد بخار عبارت (2

تراکم مجدد مکانیکی: .1

ی ددر این روش، تمام یا بخشی از بخار تولیدی که مایع نمی شود، توسط کمپرسور گریز از مرکز تا فشارهای بالا فشرده شده و به بخار آب ورو

نده معادل یک تبخیرکن کن تبدیل می شود. مقدار انرژی مصرفی در این سیستم بسیار خوب است. در این حالت فاکتور اقتصادی برایبه گرم

مهمترین کاربرد تبخیر یا تراکم مجدد مکانیکی در بالا بردن غلظت های محلول های خیلی مرحله ای است. 15الی 10یک تبخیرکنندۀ

رقیق رادیواکتیو و در تولید آب مقطر است.

تراکم مجدد حرارتی: .2

به وسیلۀ بخار خروجی از یک فواره متراکم می شود. در نتیجه علاوه بر بخار در سیستم تراکم مجدد حرارتی، بخار با اعمال فشار بسیار بالا

و بخار آب مصرفی باید یا خارج یا مایع شود. نسبت بخار آب مؤثر به بخار وجود داردآب لازم جهت جوشیدن محلول، مقدار بیشتری بخار نیز

است. برای تبخیر در 0.5آب موردنیاز به جرم آب تبخیر شده در حدود حاصل به فشار تبخیر بستگی دارد. در این روش، معمولاً نسبت بخار

از ترالوصولتر و سهلتر از تراکم مجدد مکانیکی است. فواره های )انژکتورهای( آب موردنیاز ارزانشرایط خلاء، تراکم مجدد حرارتی مناسب

پایین فواره ها و انعطاف پذیری در سیستم در شرایط مختلف عملیاتی اشکال عمدۀ تراکم مجدد گرمایی، بازدۀ ها و کمپرسورها هستند.دمنده

است.

در تراکم مجدد بخار عامل اساسی در تعیین هزینه ها، فشار بخار خروجی از کمپرسور است. (3

بالا است. بنابراین نسبت شدت بخار مصرفی به شدت بخار تبخیر شده بسیار در تبخیرکننده های توأم با تراکم مجدد بخار، اقتصاد بخار( 4

بسیار کم است.

های زیاد بخار با چگالی کم را دارند، تراکم مجدد بخار در شرایطی که تبخیر در های بخار توانایی کار کردن در حجم( از آنجایی که جت5

تر از تراکم مجدد مکانیکی است.گیرد، مناسبخلاء صورت می

فصل چهارم عملیات واحد: عملیات مرطوب سازی

مقدمه

زدایی شامل انتقال ماده بین فازهای مایع خالص و گازی که درون مایع قابل حل نیست، می باشد. این عملیات اغلب زنی و رطوبترطوبت (1

تر از عملیات جذب و بازیابی است؛ چون اگر مایع فقط یک جزء داشته باشد، هیچگونه گرادیان غلظت و مقاومت در برابر انتقال جرم در آسان

وجود ندارد. فاز مایع

فرض می کنند. چون 𝐵و گاز را جزء 𝐴مبنای محاسبات، یک واحد جرم گاز بدون بخار )گاز خشک( است. در فاز گازی، بخار را جزء (2

زنی فرض می کنیم که مخلوط خواص مخلوط گاز و بخار با توجه به فشار کل تغییر می کند، فشار را باید مشخص کرد. در عملیات رطوبت

های گاز و بخار از قانون گازهای کامل پیروی کنند.

نقطۀ شبنم

ثابت و بدون تماس با مایع سرد شود تا اشباع شود، نقطۀ شبنم نامیده می دمایی که در آن مخلوط گاز و بخار باید تا آن دما در فشار کل ( 1

شود. نقطۀ شبنم گاز اشباع با دمای گاز یکسان است.

با توجه به اینکه سرد شدن تا رسیدن به نقطۀ شبنم در رطوبت ثابت صورت می گیرد، کلیۀ مخلوط هایی که رطوبت مطلق آن ها برابر (2

دارند. است، نقطۀ شبنم یکسانی

فازی های تعادل

زدایی در فشار کل ثابت، فشار جزئی تعادلی فقط تابع دما می باشد. در فشارهای متوسط، فشار جزئی تعادلی زنی و رطوبتدر عملیات رطوبت

تقریباً مستقل از فشار کل و تقریباً مساوی با فشار بخار مایع است.

کننده های آدیاباتیکاشباع

تحولی آدیاباتیکی را در نظر بگیرید که گاز ورودی با مایعی که به درون گاز پاشیده می شود، تماس حاصل پیدا می کند. گاز با رطوبت ( 1

زدایی می شود. اگر همۀ مایع تبخیر نشود و زمان کافی وجود داشته باشد تا گاز با مایع به تعادل برسد، ، سرد و رطوبت𝑇و دمای 𝐻اولیه

به دما و رطوبت اولیۀ هوا و تا 𝑇𝑠است. مقدار 𝑇𝑠می رسد. مایع باقی مانده نیز در دمای 𝑇𝑠روجی گاز به دمای اشباع آدیاباتیک دمای خ

حدودی نیز به دمای اولیۀ آب بستگی دارد.

منحنی اشباع آدیاباتیک در حقیقت منحنی آنتالپی ثابت به ازای واحد جرم گاز خشک است.( 2

وبتنمودار رط

نمودار متداولی که خواص مخلوط های گاز و بخار قابل میعان را نشان می دهد، نمودار رطوبت است. (1

در شکل زیر نشان داده شده است. SIبرای سیستم 𝑎𝑡𝑚 1نمودار رطوبت برای مخلوط های هوا و آب در فشار (2

𝒂𝒕𝒎 𝟏آب در فشار –نمودار رطوبت سیستم هوا

مشخص شده است، رطوبت هوای اشباع شده را به صورت تابعی از دمای هوا نشان می دهد. هر نقطه واقع در بالا و %100منحنی که با (3

سمت چپ خط اشباع مخلوطی از هوای اشباع شده و آب را نشان می دهد. از این منطقه فقط برای امتحان تشکیل مه استفاده می شود. هر

یانگر هوای خشک است.نقطه روی محور دما ب

خطوط موربی که به طرف پایین و سمت راست خط اشباع امتداد یافته اند، خطوط سرمایش آدیاباتیک نام دارند که هر یک به ازای مقدار (4

اند.دمای اشباع آدیاباتیک ثابت و معینی رسم شده

-شیب خط سرمایش آدیاباتیک، اگر در مختصات واقعًا مستطیلی رسم شود، (5𝐶𝑠

𝜆𝑠است که به رطوبت بستگی دارد. بنابراین در مختصات

مستطیلی، خطوط سرمایش آدیاباتیک نه مستقیم هستند و نه موازی.

نمودار رطوبت را می توان برای هر سیستم در هر فشاری ترسیم کرد. اطلاعات لازم عبارتند از: فشار بخار، گرمای نهان تبخیر جزء قابل (6

و جرم مولکولی هر دو جزء مخلوط. ،تابعی از دما، گرماهای ویژۀ گاز و بخار خالصمیعان به صورت

سنجی تعاریف کمیت ها بر مبنای گاز خشک می باشد؛ زیرا گاز وارد عملیات انتقال جرم نمی شود. زیرا هوا یا هر مخلوط در مبحث رطوبت( 2

گرفته می شود. حال وقتی آب به صورت بخار به این مخلوط وارد می شود، گازی در حالتی که کاملًا خشک باشد، رطوبت آن صفر در نظر

رطوبت افزایش می یابد که این مقدار به صورت نسبی تعیین می شود. یعنی مقدار رطوبت نسبت به حالتی که مخلوط گازی کاملاً خشک

ه فاز گاز را در بر خواهد گرفت. این بدین معنی است است سنجیده می شود. پس ورود بخار به مخلوط گازی بحث انتقال جرم از فاز مایع ب

که ما در محاسبات رطوبت از بخار نفوذ کرده در گاز به عنوان محاسبات انتقال جرم استفاده می کنیم نه خود گاز.

سنجی نیز وبتسازی معمولاً مبنای محاسبات یک واحد جرم گاز بدون بخار )گاز خشک( است و در رسم منحنی رطدر عملیات مرطوب( 8

مبنا را هوای خشک می گیریم؛ این روش علاوه بر اینکه دقیق است، باعث آسان شدن حل مسائل نیز می گردد.

سنجی:( چند نوع مسیر تحول رطوبت.

های حاوی بخار داغ:الف( عبور هوا از روی لوله

ب( عبور هوا از روی یک بستر جاذب سیلیکاژل:

هوا در رطوبت مطلق ثابت و سپس تماس آدیاباتیک آن با بخار اشباع: ج( گرم کردن

درجه حرارت مرطوب

درجه حرارت مرطوب، دمای غیرتعادلی در حالت پایایی است که در نتیجۀ تبخیر مقدار اندکی مایع در مخلوط بخار و گاز اشباع شده (1

دحاصل می شود. این مقدار مایع در مقایسه با فاز گاز آن قدر کم است که فقط تغییر ناچیزی در خواص گاز به وجود می آید و اثر این فرآین

یع است.محدود به ما

جهت اندازه گیری درجۀ حرارت مرطوب همان طور که در شکل زیر نشان داده شده، دماسنجی که با فتیلۀ اشباع از مایع خالص پوشانده (2

، قرار می دهند. دمای حالت پایایی را که در آن حالت، گرمای لازم برای 𝐻و رطوبت معین 𝑇شده را در معرض جریان گازی با دمای معین

نامند. 𝑇𝑤یر مایع و گرم کردن بخار و رساندن دمای آن به دمای گاز برابر با شدت انتقال گرما از گاز به مایع شود، درجه حرارت مرطوب تبخ

𝑇𝑤 دمای آب در سطح پارچه با دمای هوا برابر است. است.دما و آنتالپی تابعی از

( برای یک مخلوط گاز و بخار، چنانچه مخلوط هوا و بخار آب باشد و سیستم در 𝑇𝑠( و دمای اشباع آدیاباتیک )𝑇𝑊دمای حباب خیس )( 3

شرایط نزدیک به شرایط محیطی باشد، با یکدیگر برابرند.

( دمای حباب مرطوب، دمای یک گاز غیراشباع است وقتی که در اثر کاهش دما، رطوبت موجود در آن به حالت مایع درآید.4

نشده است از دمای پایایی که در نتیجۀ تبخیر مقدار اندکی مایع در حجم زیادی از یک مخلوط بخار و گاز اشباع( دمای حباب مرطوب عبارت 5

شود. برای این منظور دماسنجی را که حباب گیری رطوبت مخلوط استفاده میشود. در شرایط مناسب، از این کمیت جهت اندازهحاصل می

ن خواهند رطوبت آده و توسط مایع مرطوب گردیده است، در جریان سریعی از مخلوط گازی که میدار پوشانده شآن توسط یک کیسۀ دنباله

شک تر از دمای حباب خشود پاییننشده باشد، دمایی که توسط دماسنج فوق تعیین میدهند. اگر مخلوط گاز اشباعرا اندازه بگیرند قرار می

شود. یک قطرۀ مایع را درنظر بگیرید که در جریان سریعی از یک خلوط محاسبه میمخلوط خواهد بود. با مشخص شدن این دما، رطوبت م

نشدۀ گاز و بخار معلق است. اگر در ابتدا دمای مایع بالاتر از دمای نقطۀ شبنم مخلوط باشد، فشار بخار مایع در سطح قطره مخلوط اشباع

دما بیشتر باشد، شدت انتقال گرما نیز بیشتر خواهد بود. نهایتاً شدت انتقال تر از فشار جزئی بخار در مخلوط خواهد بود. هرچه اختلاف بزرگ

مان ه حرارت از مخلوط گاز به مایع برابر با گرمای موردنیاز برای تبخیر مایع خواهد شد و بنابراین دمای مایع به مقدار ثابتی خواهد رسید که

دمای حباب مرطوب است.

دماسنج درجه حرارت مرطوب

ی اندازه گیری دقیق درجه حرارت مرطوب، توجه به سه نکته الزامی است:برا( 3

فتیله باید کاملاً مرطوب باشد. .1

تر به مخزن در مقایسه با سرعت انتقال گرما از طریق سرعت گاز باید آن قدر باشد تا سرعت انتقال گرما با تابش از محیط گرم .2

رسانایی و همرفت از گاز به مخزن، ناچیز باشد.

اگر مایع جمع شده را وارد مخزن کنیم، این کار باید در درجۀ حرارت مرطوب صورت گیرد. .3

با رعایت موارد فوق درجه حرارت مرطوب در محدودۀ وسیعی از شدت جریان، مستقل از سرعت گاز خواهد بود. گاهی اوقات از دماسنجی (4

استفاده می شود و دمای گاز را معمولاً درجۀ حرارت خشک مای واقعی گاز،یعنی د 𝑇بدون پوشش همراه با مخزن مرطوب برای اندازه گیری

گویند.

* در ضمن اشباع آدیاباتیک برخلاف درجۀ حرارت مرطوب، دما و رطوبت گاز تغییر می کند و نقطۀ انتهایی یک تعادل واقعی است نه یک

حالت پایای پویا.

سنجی و رابطۀ لوئیسخط رطوبت

سنجی شیب بیشتری نسبت به خطوط اشباع آدیاباتیک دارند و درجۀ ی مخلوط های هوا و بخارهای آلی، خطوط رطوبتتقریبًا در تمام (1

حرارت مرطوب بالاتر از دمای اشباع آدیاباتیک است.

رابطۀ دماهای مختلف معمولاً به صورت زیر می باشد: (2

دمای شبنم < دمای اشباع آدیاباتیک < دمای حباب مرطوب < دمای حباب خشک

هوا( نیز امکان دارد. –اما حالت تساوی )به عنوان مثال برابری دمای حباب مرطوب و اشباع آدیاباتیک در سیستم آب

اندازه گیری رطوبت

گیری می کنند.از گاز را با استفاده از روش های زیر اندازه ایرطوبت جریان یا توده

روش های نقطۀ حباب: .1

تر آوریم، بخار به شکل شبنم میعان خواهد یافت. از این تحول برای تعیین رطوبت استفاده می کنند. به این پاییناگر دما را از نقطۀ شبنم

ای که در تماس با مخلوط بخار و گاز سرد می شود، نشانۀ رسیدن به نقطۀ شبنم است. برای اطمینان از ترتیب که ظهور مه در روی صفحه

ای صفحه را قدری افزایش می دهیم و می بینیم که شبنم ناپدید می شود. از میانگین دمای تشکیل و دمایی که دماسنج نشان می دهد، دم

دست می آورند.هناپدید شدن شبنم، رطوبت را ب

سنجی:روش های رطوبت .2

مرطوب و درجه حرارت خشک است. از این مقادیر میزان رطوبت را ی رطوبت تعیین همزمان درجه حرارتگیرروش بسیار متداول اندازه

تعیین می کنند.

روش مستقیم: .3

ای مناسب عبور می دهند.در این روش حجم معینی از گاز را از یک وسیلۀ تجزیه

عملیات تماس بین گاز و مایع

عملیات تماس را می توان به دو دستۀ کلی تقسیم نمود.

عملیات غیرآدیاباتیک: .1

زدایی از یک گاز: مخلوط گاز و بخار را در تماس مستقیم با لوله های سرد شده قرار می دهند که در نتیجه بخار روی لوله ها الف( رطوبت

میعان می یابد.

سیار ریز طرات بب( سرد کردن تبخیری: در سرد کردن تبخیری مایع یا گاز جاری در یک لوله را بوسیلۀ آب که به شکل لایۀ )فیلم( و یا ق

هوای سرد گرمایی را که آب از سیال داخل لوله دریافت در سطح خارجی لوله جریان می یابد و در تماس با هوای سرد است، خنک می کنند.

ر یک دگرادیان دما و آنتالپی کرده، خارج می سازد. مزیت این روش بالا بودن شدت انتقال حرارت در نتیجۀ تبخیر قطرات ریز آب می باشد.

سردکن تبخیری در شکل زیر نشان داده شده است.

گرادیان دما و آنتالپی در سرد کردن تبخیری

عملیات آدیاباتیک: .2

الف( سرد کردن یک مایع: عمل سرد کردن در اثر انتقال گرمای ملموس و نیز تبخیر صورت می گیرد. فرآیند بسیار مهم در این مورد سرد

ن با هوای اتمسفری است.کردن آب در اثر تماس آ

ب( سرد کردن یک گاز داغ: یک نمونه از این مورد کولر آبی می باشد که در آن هوای داغ در تماس با آب سرد قرار می گیرد. در اثر این

بته شرط استفاده از اینتماس مقداری از آب تبخیر می شود. با توجه به اینکه آب انرژی تبخیر را از هوا می گیرد، هوای داغ سرد می شود. ال

روش قابل قبول بودن وجود مقداری از بخار مایع در دستگاه می باشد.

ج( مرطوب کردن یک گاز: به عنوان مثال از این عمل جهت کنترل رطوبت هوای مصرفی در خشک کن ها و نظائر آن ها استفاده می

شود.

از و بخار داغ، با یک مایع سرد سبب میعان بخار در مخلوط می شود.زدایی از یک گاز: تماس مستقیم مخلوط گد( رطوبت

کنش گاز و مایعمکانیسم برهم

در شکل های زیر فواصل اندازه گیری شده عمود بر سطح مشترک به عنوان مختصات طولی و دما و رطوبت به عنوان مختصات عرضی رسم

شده اند. علامت های به کار برده شده عبارتند از:

𝑇𝑥دمای تودۀ مایع :

𝑇𝑖دما در سطح مشترک :

𝑇𝑦دمای تودۀ گاز :

𝐻𝑖رطوبت در سطح مشترک :

𝐻رطوبت تودۀ گاز :

پیکان های نقطه چین پخش گاز در فاز بخار و پیکان های توپر انتقال گرما )نهان و محسوس( را در فازهای گاز و مایع نشان می دهند.

لف عملیات را در ادامه توضیح می دهیم.کنش برای انواع مختمکانیسم برهم

زنی آدیاباتیک:رطوبت .1

زنی آدیاباتیک با مایع در دمای ثابت در شکل زیر نشان داده شده است. انتقال گرمای نهان از مایع به گاز با انتقال نمودار مربوط به رطوبت

باید بیشتر از دمای سطح مشترک 𝑇𝑦مایع وجود ندارد. دمای گاز گرمای محسوس از گاز به مایع در موازنه است و هیچگونه گرادیان دمایی در

𝑇𝑖 باشد تا گرمای محسوس به سطح مشترک انتقال یابد و𝐻𝑖 تر از باید بزرگ𝐻 .باشد تا گاز رطوبت بگیرد

رطوبت زنی آدیاباتیک

لذا انجام هرگونه کاری در فاز مایع تغییری در فرآیند حاصل کنندۀ انتقال جرم در فاز گاز وجود دارد. زنی، مقاومت کنترلدر فرآیند رطوبت

کند.نمی

زدایی:رطوبت .2

است. بنابراین بخار باید به طرف سطح 𝐻𝑖تر از بزرگ 𝐻ای از دستگاه رطوبت زدایی نشان داده شده است. در اینجا در شکل زیر شرایط نقطه

𝐻𝑖مشترک نفوذ کند. از طرفی چون باشد. در غیر این صورت، گاز فوق اشباع 𝑇𝑖تر از باید بزرگ 𝑇𝑦ۀ گاز اشباع می باشند، نشان دهند 𝑇𝑖 و

می شود.

رطوبت زدایی

تدا بمطابق شکل زیر، با توجه به توضیحات داده شده به این نتیجه می رسیم که بخار را می توان از گاز اشباع نشده )بدون اینکه لازم باشد، ا

اشباع برسانیم( با تماس مستقیم با مایع سرد جدا نمود.گاز را به حالت

است. 𝐴 و 𝐵زدایی می شود و مسیر گاز بین نقاط نشان دهندۀ گازی است که رطوبت 𝐴همچنین در شکل زیر،

ه و لی عبور کردزدایی از منحنی تعادزدایی به تشکیل مه منجر می شود، این حالت زمانی رخ می دهد که مسیر رطوبتگاهی فرآیند رطوبت

زدایی به گاز گرما داده شود، از تشکیل مه جلوگیری می شود.وارد ناحیۀ فوق اشباع شود. در صورتی که در حین رطوبت

رطوبت زدایی با مایع سرد

کننده:برج خنک .3

قسمت رد. به عنوان مثال درکنندۀ متقابل، شرایط به کمتر یا بیشتر بودن دمای گاز نسبت به دمای سطح مشترک بستگی دادر برج خنک

کننده، شرایط به صورت نموداری مطابق شکل زیر )الف( است. در اینجا انتقال گرما و بخار )و در نتیجه گرادیان های دما و فوقانی برج خنک

محسوس سرد می های قبل است. مایع هم با تبخیر و هم توسط انتقال گرمای رطوبت(، دقیقاً عکس جهت موارد نشان داده شده در شکل

𝑇𝑖شود. دما و رطوبت گاز در سطح مشترک بالاتر از تودۀ گاز است ) > 𝑇𝑦 افت دمای .)𝑇𝑥 − 𝑇𝑖 در تودۀ مایع باید برای تأمین شدت بالای

انتقال گرما در حدی که هر دو عبارت شدت گرمای ذکر شده را جبران کند، کافی باشد.

گاز بیشتر از دمای سطح مشترک است، شرایطی مطابق شکل زیر )ب( برقرار است. در اینجا مایع کننده که دمای در قسمت پایینی برج خنک

𝑇𝑥سرد می شود، لذا دمای سطح مشترک باید کمتر از دمای تودۀ مایع باشد ) < 𝑇𝑖 از سوی دیگر از تودۀ گاز به سطح مشترک انتقال .)

𝑇𝑦گرمای محسوس وجود دارد ) > 𝑇𝑖س که به طرف سطح مشترک است، به واسطۀ گرمای نهان تبخیر به تودۀ گاز (. مجموع گرمای محسو

انتقال می یابد.

برج خنک کننده )الف( بالای برج، )ب( پایین برج

مایع –معادله های مربوط به تماس گاز

مایع -برج تماس گاز

دستگاه ها

کنندۀ آببرج های خنک

کننده می توان ضمن سرد کردن چند بارۀ آب، در مصرف آن نیز صرفه جویی کرد. چون آب و هوا ارزان با استفاده از یک برج خنک (1

. دهستند، وقتی که با حجم های زیادی از این مواد سروکار داریم، بایستی قیمت دستگاه و هزینۀ عملکرد آن ها بسیار پایین در نظر گرفته شو

کننده قدیمی، چارچوب و پرکن های داخل برج معمولاً ننده معمولًا از نوع برج های پرشده می باشند. در برج های خنککبرج های خنک

چوب قرمز که در مقابل تماس دائمی آب بسیار مقاوم می باشد، انتخاب می شد. ولی اکنون از پرکن هایی با جنس پلی پروپیلین یا پلی

وینیل کلرید استفاده می کنند.

یکی از مکانیسم های سرد شدن آب، تبخیر می باشد. نیروی محرکه در تبخیر، همان اختلاف فشار بخار آب و فشار بخاری است که آب ( 2

در درجه حرارت مرطوب هوا دارد. درجه حرارت مرطوب هوای ورودی بایستی کمتر از دمای خروجی آب باشد )ولی این شرط در مورد دمای

ت(؛ همچنین ممکن است از هوای اشباع که دمای آن از درجه حرارت خروجی آب کمتر است، استفاده نمود. در حباب خشک الزامی نیس

( معروف 𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎبا درجه حرارت مرطوب تفاوت داشته باشد. این اختلاف دما به تقرب ) ℉5یا 4عمل دمای آب خروجی باید دست کم

درصد آن در نظر می گیرند. 5( گویند. تغییرات درجه حرارت مرطوب هوا را 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒ا دامنه )است. تغییر دمای آب از ورودی تا خروجی ر

اگر از آب برج سردکننده برای سرد کردن فرآیند استفاده شود، طراحی دستگاه سردکننده را باید براساس حداکثر دمای آب سردکننده ( 3

ارت مرطوب آن محل خاص بستگی دارد. اتلاف آب بر اثر تبخیر در سرد کردن، جزئی مورد انتظار انجام داد. این دما به حداکثر درجه حر

است. اتلاف ناشی از پاشش مکانیکی نیز وجود دارد. اما در برخی موارد که خوب %1آب، اتلاف ناشی از تبخیر ℉10است. به ازای تغییر دمای

است. %0.2طراحی شده، این اتلاف فقط حدود

نده داریم:در برج خنک کن( 4

𝑇𝑥 > 𝑇𝑊 𝑇𝑖 < 𝑇𝑥 𝑇𝑖 > 𝑇𝑊

برابر بی نهایت شود، گرادیان دما در فاز مایع برابر صفر می شود. حال با توجه به اینکه نسبت ℎ𝐿𝑎در یک برج خنک کننده اگر مقدار ( 5ℎ𝐿

𝑘𝐿برابر بی نهایت نیز گرادیان دما 𝑘𝐿𝑎هم بی نهایت می شود. نتیجه می گیریم که در حالت 𝑘𝐿بی نهایت است، ℎ𝐿محدود است، وقتی

صفر می شود.

حداقل دمای آب خروجی در برج خنک کننده، دمای مرطوب هوای ورودی است.( 6

برج های سینی دار

زدایی، وبتسازی، رطبتاً زیاد، به جز در برخی موارد، برای مرطوباین دستگاه ها بسیار مؤثر هستند ولی معمولاً به علت هزینۀ بالا و افت فشار نس

و یا سرد کردن بکار نمی روند.

مخازن پاششی

فاده سازی گاز با مایع در گردش استاین دستگاه ها معمولاً برج های پاششی افقی می باشند که از آن ها بیشتر در عملیات تبرید در اثر مرطوب

الت خاص است که در آن مایع در دمای اشباع آدیاباتیک گاز ورودی به سیستم وارد می شود.می شود. این عملیات یک ح

حوضچه های پاششی

از این دستگاه ها هنگامی استفاده می شود که لزومی به نزدیک شدن به دمای حباب مرطوب هوا وجود نداشته باشد. میزان اتلاف آب در اثر

وزش هوا در این دستگاه زیاد است.

فصل پنجم عملیات واحد: خشک کردن

مقدمه

به طور کلی خشک کردن جامدات یعنی خارج کردن مقدار کمی آب یا مایعات از مادۀ جامد، تا مقدار مایع باقی مانده به حد قابل قبولی (1

برسد. خشک کردن معمولاً آخرین مرحلۀ یک فرآیند محسوب می شود و محصول آن اغلب آمادۀ بسته بندی نهایی است.

ه روش مکانیکی )با استفاده از نیروی گریز از مرکز و یا فشار( و یا حرارتی )تبخیر( جدا نمود. در این فصل آب یا مایعات دیگر را می توان ب (2

فقط خشک کردن از طریق تبخیر حرارتی مورد بحث قرار می گیرد.

به روش مکانیکی نمی توان تمام رطوبت جسم را جدا کرد. (3

(∗𝑿رطوبت تعادلی )

ی اعمال می کند که به طبیعت رطوبت، طبیعت جسم جامد و درجه حرارت بستگی دارد. اگر رمرطوب، فشار بخارطوبت موجود در جامد ( 1

می باشد، قرار گیرد، جسم جامد تا جایی رطوبت از دست می 𝑃𝐴جامد مرطوبی در معرض جریان گاز تازه ای که حاوی بخار با فشار جزئی

برسد. بعد از آن گاز و جامد در حال تعادل خواهند بود. به مقدار رطوبت 𝑃𝐴ار رطوبت جسم به دهد و یا رطوبت از گاز می گیرد که فشار بخ

جسم در این حالت، رطوبت تعادلی در شرایط حاکم گفته می شود.

رطوبت تعادلی یک قطعۀ جامد اگر جذب به صورت فیزیکی باشد، به اندازۀ ذره یا سطح ویژۀ آزاد بستگی دارد. (2

جامدات معدنی مانند اکسید روی دارای رطوبت تعادلی کم و مواد اسفنجی و سلولزی )به ویژه آن هایی که دارای ریشۀ گیاهی می معمولاً (3

باشند مانند تنباکو( دارای رطوبت تعادلی زیادی هستند.

رطوبت آزاد

مقدار رطوبت مازاد بر رطوبت تعادلی در یک جسم است.( 1

د که نیروی محرکه برای انتقال جرم می باشد، به غلظت بخار در گاز بستگی دارد.مقدار رطوبت آزاد یک جام( 2

حداکثر میزان رطوبتی که می توان از یک جسم گرفت، برابر رطوبت آزاد است. (3

رطوبت آزاد جامد خشک شونده فقط به شرایط خشک کردن بستگی دارد.( 4

جسم نیست و بستگی به شکل ظاهری جسم و رطوبت هوای خشک فیزیکی آنطوبت بحرانی موجود در یک جسم خاصیتی از خواص ر( 5

کنندۀ جسم دارد.

رطوبت بحرانی یک جسم خیس که تحت عمل خشک شدن قرار دارد، رطوبتی است که در آن نرخ خشک شوندگی ثابت جسم پایان می ( 6

پذیرد و نرخ خشک شوندگی کاهشی آن آغاز می گردد.

یرطوبت پیوندی و غیرپیوند

درصد را قطع کند. محل تقاطع، حداکثر مقدار 100اگر منحنی تعادلی شبیه به منحنی های شکل زیر را ادامه دهیم تا محور رطوبت ( 1

رطوبت پیوندی را نشان می دهد.

℃𝟐𝟓منحنی های تعادلی رطوبت در دمای

رطوبت مربوط به ساختمان داخلی جسم، رطوبت آزاد شده در اثر ترکیب شیمیایی با مواد سلولزی، رطوبت به صورت محلول مایعی از (2

اجزاء حل شدنی جامد، رطوبت باقی مانده در حفره ها و مجراهای کوچک در جسم و یا هر رطوبتی غیر از آنچه جذب سطحی شده باشد را

مواد دارای رطوبت پیوندی را اغلب مواد رطوبتی گویند. رطوبت پیوندی می گویند.

تفاوت رطوبت موجود در جسم و غلظتی که تقاطع نشان می دهد، رطوبت غیرپیوندی است. ذرات درشت مرطوب مانند شن، فقط حاوی (3

د.رطوبت غیرپیوندی هستند. رطوبت غیرپیوندی عمدتاً در فضاهای خالی موجود در جامد نگه داشته می شو

نقطه ای که در آن چوب، منسوجات و دیگر مواد سلولی به تعادل با هوای اشباع شده می رسند را نقطۀ اشباع الیاف گویند. (4

رطوبت غیرپیوندی و پیوندی به ترتیب فشار بخاری معادل و کمتر از فشار بخار آب خالص در درجه حرارت مربوطه اعمال می کنند. (5

ندی و غیرپیوندی به خود ماده و تفاوت بین رطوبت آزاد و تعادلی به شرایط خشک کردن بستگی دارد.تفاوت بین رطوبت پیو (6

منحنی های موجود در شکل بالا تقریباً مستقل از دما می باشند. (2

( رطوبت پیوندی به ساختمان داخلی جسم بستگی دارد و یک خاصیت از جسم نیست. همچنین این رطوبت تابع ضخامت و شرایط خشک 8

شدن است.

انواع رطوبت

(𝑯𝒚𝒔𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔نمودار پسماند )

مواد جامد مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده، بسته به اینکه با رطوبت گیری )جذب سطحی( و یا تبخیر )خارج شدن رطوبت( به (1

تعادل برسند، دارای منحنی های تعادلی متفاوتی هستند.

نمودار پسماند

آگاهی از این مطلب در عملیات خشک کردن حائز اهمیت است. به عنوان مثال، مطابق شکل بالا اگر بخواهیم جسم خشک شده را در ( 2

برسانیم. اگر 𝐴قرار دهیم، لازم نیست که جامد خشک را به رطوبتی کمتر از مقدار تعادلی معادل با نقطۀ 0.6معرض هوا با رطوبت نسبی

ارای رطوبت کمتری باشد، باید بلافاصله قبل از تماس با هوا بسته بندی و نگه داری شود.لازم باشد که جامد د

( جامدات هنگام خشک شدن و جذب رطوبت رفتار متفاوتی دارند )نمودار پسماند(. علت این پدیده وجود فشار مویینگی در برخی جامدات 3

کنند.تر آن را دفع میوبت را جذب و به دلیل خاصیت مویینگی سختهای مویین روی سطح جامد هنگام جذب، رطمتخلخل است. سوراخ

خشک کن های آدیاباتیک و غیرآدیاباتیک

خشک کن هایی که در آن ها جامد مستقیماً در تماس با گاز داغ )معمولًا هوا( قرار می گیرد را خشک کن آدیاباتیک یا مستقیم .1

جابجایی صورت می گیرد.گویند. در این خشک کن ها انتقال حرارت به صورت

در خشک کن های آدیاباتیک، جامدات به روش های زیر با گاز تماس می یابند:

(.)شکل الفرا خشک کردن با گردش عرضی گویند الف( اگر گاز ورودی با سطح بستری از جامد یا سطح ورق جریان داشته باشد، فرآیند

عمولاً ناپیوسته است و روش های سریع تر جای آن را در اکثر عملیات خشک کردن خشک کردن با جریان عرضی به کندی انجام می شود و م

در مقیاس وسیع گرفته است. اما این روش هنوز در تولید داروها و مواد شیمیایی حساس مخصوصاً هنگام نیاز به دقت زیاد در شرایط خشک

کردن اهمیت دارد.

اشته باشد، فرآیند را خشک کردن با گردش سراسری نامند و مثل خشک کردن با گردش ب( اگر گاز در جهت عمود بر بستر جامدات جریان د

عرضی، سرعت گاز را پایین نگه می دارند تا از ماندگی هر گونه ذرات جامد جلوگیری شود )شکل ب(.

افزایش قابل توجه سرعت خشک باشند، به جای جریان عرضی از جریان سراسری استفاده می کنند. این کار موجب گر ذرات جامد درشت * ا

کردن می شود.

ذرات ریز را می توان به گونه ای شکل داد که برای این کار مناسب باشند. این ذرات معمولاً در حین خشک کردن شکل خود را حفظ کرده *

و بستر با تخلخل بالا را ایجاد می کنند.

ور می کنند )شکل ج(.ج( جامدات با حرکت رو به پایین از درون جریان آرام گاز عب

د( گاز با سرعتی که برای سیالیت بستر کافی است از درون جامدات عبور می کند. البته مقداری ماندگی ذرات ریز همراه گاز نیز وجود دارد

)شکل د(.

کیک کنندۀ مکانیکی ه( تمام ذرات جامد همراه با جریان گاز با سرعت بالا حمل می شوند و به صورت پنوماتیک از یک مخلوط کن به تف

منتقل می شوند )شکل ه(.

سمت دست آمده از قهیکی از مهمترین مسائل هنگام استفاده از بعضی از انواع خشک کن های مستقیم، غیریکنواختی رطوبت در محصول ب*

ل این مشکل حذف های مختلف خشک کن می باشد. علت این موضوع حرکت غیریکنواخت و نامناسب هوا در داخل خشک کن است. راه ح

قسمت های ساکن هوا و نگهداری هوای درون خشک کن در حرارت و رطوبت یکنواخت است. برای این کار می توان مقدار کمی از هوای

تازه را عبور داد و قسمت اعظم آن را برگشت داد.

جامد در خشک کن ها –شیوه های تماس گاز

یا توسط اکسیژن از بین برود، می توان به جای هوا از گاز بی اثر استفاده نمود.* اگر مایع تبخیرشونده قابل اشتعال باشد و

در مورد خشک کردن آدیاباتیک ناهمسو، تا وقتی که رطوبت غیرپیوندی وجود داشته باشد، حداکثر دمای جامد، دمای مرطوب گاز است.*

حال میعان و یا سطح فلزی به جامد انتقال می یابد و یا خشک کن هایی که در آن ها گرما از محیطی خارجی مانند بخار آب در .2

خشک کن هایی که با انرژی دی الکتریک، انرژی تابشی، و یا انرژی ریزموج گرم می شوند را خشک کن های غیرآدیاباتیک

. شده است )غیرمستقیم( گویند. در خشک کن های غیرآدیاباتیک، جریان گازی که خارج می شود فقط شامل آب یا حلال تبخیر

خشک کن های غیرآدیاباتیک عمدتًا از نظر نحوۀ تماس جامدات با سطح داغ یا دیگر منابع حرارتی با هم فرق دارند.

الف( جامدات را روی یک سطح افقی ساکن یا دارای سرعت کم، که به صورت الکتریکی و یا تماس با بخار داغ گرم می شود، پخش می کنند

تا خشک شوند.

روی یک سطح گرم شده که معمولًا استوانه ای است، توسط همزن یا نقاله حرکت می کنند. ب( جامدات

ج( جامدات بر اثر جاذبه روی یک سطح شیبدار گرم می لغزند، سپس به مخزن جدید منتقل می شوند. تفاوت عمدۀ خشک کن ها در شیوۀ

جابجایی جامدات در منطقۀ خشک کن و نحوۀ انتقال گرما است.

ن های ناپیوسته و پیوستهخشک ک

از نظر نحوۀ جابجایی جامدات در خشک کن، خشک کن ها به دو نوع پیوسته و ناپیوسته تقسیم می شوند.

خشک کن های ناپیوسته .1

در خشک کن های ناپیوسته، مقدار ماده ای که باید خشک شود ثابت است و در طی فرآیند، جامد در معرض جریان هوا قرار می گیرد تا ( 1

رطوبت آن تبخیر شود.

ی، و گاهخشک کردن به صورت ناپیوسته نسبتاً پر هزینه است و به مواردی همچون عملیات در مقیاس های کوچک، واحدهای آزمایش( 2

خشک کردن مواد با ارزشی که هزینۀ کلی آن ها با افزایش هزینۀ عملیات خشک کردن تغییر زیادی نمی کند، محدود می شود.

به 𝑇𝑠𝑎کن ناپیوسته که محیط گرم کننده دمای ثابتی دارد، مطابق شکل زیر دمای جامد مرطوب به سرعت از مقدار اولیۀ در یک خشک( 3

( افزایش می یابد. در این مرحله خشک شدن به مقدار خیلی کمی صورت می گیرد. برای مدت قابل ملاحظه ای خشک 𝑇𝑣دمای تبخیر )

، یعنی بیشتر مایع در دمای کاملًا پایین تر از دمای محیط گرم کننده تبخیر می شود. در مرحلۀ نهایی صورت می گیرد 𝑇𝑣کردن در دمای

می باشد، افزایش می یابد. در این مرحله تبخیر رطوبت پیوندی صورت می گیرد. 𝑇𝑣که بالاتر از 𝑇𝑠𝑏خشک کردن، دمای جامد به

شیوۀ تغییر دما در خشک کن ناپیوسته

همان نقطۀ جوش مایع در فشار موجود درون خشک کن است. اگر از گاز پوششی 𝑇𝑣شک کن غیرآدیاباتیک بدون گاز پوششی، در خ (4

درجه حرارت مرطوب گاز )که اگر گاز، هوا و مایعی که تبخیر می شود، آب باشد( مساوی 𝑇𝑣استفاده شود یا خشک کن آدیاباتیک باشد،

دمای اشباع آدیاباتیک است.

دمای محیط گرم ممکن است مطابق شکل بالا ثابت باشد و یا طوری برنامه ریزی شود که ضمن خشک کردن تغییر یابد. (5

خشک کن های پیوسته .2

در خشک کن های پیوسته، هر ذره یا هر جزء جامد در مسیر خود از ورودی به خروجی خشک کن، از چرخه ای شبیه شکل زیر عبور می ( 1

کند. در عملیات یکنواخت، دما در هر نقطۀ معین از خشک کن پیوسته، ثابت است؛ ولی در طول خشک کن تغییر می کند. در این حالت

( ثابت می ماند، چون درجه حرارت مرطوب تغییر نمی کند )اگر مقداری از گرما 𝑇𝑣می رسد. دمای تبخیر ) 𝑇𝑣به 𝑇𝑠𝑎دمای جامد سریعًا از

می رسد. دمای گاز در طول خشک کن از 𝑇𝑠𝑏به طور غیرمستقیم به جامد داده شود، این مطلب صادق نیست( و دمای جامد در نهایت به

𝑇ℎ𝑏 به𝑇ℎ𝑎 .کاهش می یابد

یوۀ تغییر دما در خشک کن پیوسته متقابل و آدیاباتیکش

مزایای خشک کن پیوسته عبارتند از:( 2

.دستگاه موردنظر نسبت به مقدار محصول کوچک است

.عملیات به راحتی با روش های شیمیایی مداوم و بدون نیاز به توقف انجام می شود

بیشتری برخوردار است.رطوبت محصول نسبت به روش های دیگر از یکنواختی

.هزینۀ خشک کردن بر واحد محصول نسبتًا کم است

در عملیات آدیاباتیک ناهمسو، داغ ترین گاز با خشک ترین جامد در تماس است. این نوع تماس مخصوصاً موقعی که رطوبت پیوندی وجود (3

شکل است، با این روش امکان پذیر است. در عملیات جدا شدن آخرین ذرات رطوبت که بسیار م دارد، سریع ترین روش خشک کردن است.

آدیاباتیک همسو، جامد مرطوب با داغ ترین گاز در تماس است. تا وقتی که رطوبت غیرپیوندی وجود دارد، جامد فقط تا درجه حرارت حباب

شک شوند. اگر خشک کردن کامل مرطوب گرم می شود و به این دلیل حتی جامداتی که به گرما حساس هستند، می توانند با این روش خ

جامد لزومی نداشته باشد، امکان کنترل رطوبت جامد در جریان همسو بیشتر است.

نحوۀ تغییر دما در خشک کن به نوع و مقدار مایع موجود در خوراک، دمای محیط گرم کننده، زمان خشک کردن و دمای مجاز نهایی (4

دما در خشک کن های مختلف، مشابه است.جامدات خشک بستگی دارد. اما شیوۀ تغییرات

کنهای انتقال در خشکپدیده

اگر هم انتقال گرما و هم انتقال جرم وجود داشته باشد، مکانیسم خشک کردن به نوع جامد و روش تماس آن با گاز بستگی دارد. (1

( دارد.Free moistureرطوبت )در فرآیند خشک کردن جامدات مرطوب نیروی محرکۀ انتقالی جرم بستگی به عاری از ( 2

تواند از جسم جامد به گاز باشد، اما جهت انتقال حرارت میوسیلۀ حرارت، جهت انتقال جرم از جسم جامد به گاز می( در خشک کردن به3

باشند.و یا برعکس باشد. لذا انتقال حرارت و انتقال جرم همسو و ناهمسو می

کن دارد.( جسم جامد، بیشترین سهم را در تعیین بار حرارتی خشک( گرمای لازم برای تبخیر رطوبت )آب4

برای بررسی خشک کردن مواد مختلف ابتدا دو مورد زیر را توضیح می دهیم و در ادامه مکانیسم خشک کردن جامدات متخلخل و ( 5

غیرمتخلخل را بررسی می کنیم.

شرایط خشک کردن ثابت .1

هوا از روی سطح خشک شونده ثابت باشد، به این حالت خشک کردن در شرایط ثابت گویند. در این اگر دما، رطوبت، سرعت، و جهت عبور

مشخصۀ این دوره مستقل بودن سرعت خشک حالت مقدار مادۀ موجود در جامد و عوامل دیگر به جز شرایط جریان هوا تغییر می کنند.

ه خارج می شود، عمدتاً آب سطحی )غیرپیوندی( است که روی سطح جامد کردن از مقدار رطوبت موجود در جامد است. آبی که طی این دور

قرار دارد.

سرعت خشک کردن .2

کاهش می یابد. پس از دورۀ کوتاهی که 𝑋𝑇نشان داده شده است، با گذشت زمان، مقدار رطوبت 𝐴همان طور که در شکل زیر با نمودار ( 1

ر می رسد، نمودار خطی می شود. سپس به طرف خطی افقی انحناء می یابد و بالاخره طی آن خوراک گرم می شود و دمای آن به دمای تبخی

مستقیم می شود تا در نهایت به رطوبت تعادلی برسد.

نمودارهای رطوبت کل و سرعت خشک کردن نسبت به زمان خشک کردن

سرعت خشک کردن ثابت است، سپس به نمودار سرعت خشک کردن برحسب زمان در بیشتر طول خود افقی است که نشان می دهد( 2

طرف پایین انحناء می یابد و بالاخره وقتی مقدار رطوبت موجود در ماده به تعادل می رسد، به صفر نزدیک می شود.

صورت تبخیر سطحی از یک فیلم پیوسته رطوبت از سطح شود، در حقیقت خشک شدن به( وقتی خشک شدن با سرعت ثابت انجام می3

شود، پس ربطی به نوع جسم مرطوب ندارد. از طرفی در این مرحله رطوبت موجود در جسم رطوبت غیرپیوندی است. اما با میجسم انجام

شود.توجه به تبخیر لایۀ سطحی روی جسم مرطوب، دمای سطح جسم مرطوب همواره در این مرحله از دمای مرطوب هوای عبوری سردتر می

خشک کردن جامدات غیرمتخلخل

د.باشسرعت نزولی می طور که در شکل زیر نشان داده شده، سرعت خشک کردن برحسب رطوبت آزاد دارای دو مرحلۀ سرعت ثابت وان( هم1

منحنی های سرعت خشک کردن برای بستر غیرمتخلخل

ناچیز بوده و تنها مقاومت در در هنگام خشک کردن یک جسم جامد غیرمتخلخل، مقاومت در برابر انتقال بخار آب از جسم جامد به هوا ( 2

دهد.مقابل انتقال حرارت در جسم است که فرآیند خشک کردن را تحت کنترل خود قرار می

دست می آید.هاگر سرعت خشک کردن را برحسب رطوبت کل رسم کنیم، نمودار به صورت زیر ب (3

منحنی شدت نزولی در حالتی که نفوذ کنترل کننده است

دورۀ شدت ثابت .1

( با افزایش ضخامت جامد کاهش می یابد. ولی هدایت حرارتی از سطوح جانبی 𝑅𝑐) 𝑁𝑐اگر هدایت حرارتی از طریق جامد صورت گیرد، (1

محفظه ها و سینی ها می تواند منبع حرارتی مهمی باشد که اگر بزرگ باشد، باعث افزایش شدت خشک شدن می شود. اگر سطوحی که

( مستقل از ضخامت است. بنابراین زمان خشک کردن 𝑅𝑐) 𝑁𝑐شوند یا خشک شدن از تمام سطوح جامد باشد، خشک نمی شود عایق بندی

بین دو مقدار ثابت در محدودۀ شدت ثابت مستقیمًا متناسب با ضخامت خواهد بود.

𝑇با افزایش درجه حرارت گاز، کمیت (2 − 𝑇𝑖 و در نتیجه𝑁𝑐 (𝑅𝑐افزایش پیدا می کند. در ) غیاب اثرات تشعشع، اگر تغییرات𝜆 در دامنۀ

𝑇( مستقیماً متناسب با 𝑅𝑐) 𝑁𝑐متوسطی از درجه حرارت ناچیز باشد، − 𝑇𝑖 .می شود

3) 𝑁𝑐 (𝑅𝑐 مستقیمًا با تغییر )𝑌𝑖 − 𝑌 .تغییر می کند. در نتیجه با افزایش رطوبت، شدت خشک کردن کاهش می یابد

هوا در نظر گرفت اما وقتی تابش و رسانش ناچیز نباشد، دمای سطح ا می توان مساوی دمای حباب مرطوبر 𝑇𝑖در اکثر شرایط، دمای (4

و نرخ خشک کردن افزایش می یابد. 𝑦𝑖مشترک بیش از دمای حباب مرطوب هوا می باشد. در نتیجه

ی از مایع سطح جامد را پوشانده باشد.در فرآیند خشک کردن، خشک کردن با نرخ ثابت زمانی اتفاق می افتد که لایه ا( 5

. دورۀ شدت نزولی2

با کاهش مقدار رطوبت، دورۀ شدت ثابت در مقدار رطوبت معینی خاتمه می یابد و با ادامۀ خشک کردن، سرعت کاهش می یابد. نقطه ای ( 1

می دهد که در آن آب مایع روی سطوح برای نگه ، نقطۀ بحرانی گویند. این نقطه لحظه ای را نشان که در آن شدت ثابت خاتمه می یابد

داشتن فیلم پیوسته ای که سرتاسر سطح خشک شونده را بپوشاند، کافی نیست. در جامدات غیرمتخلخل، نقطۀ بحرانی تقریبًا زمانی ظاهر

می شود که در آن رطوبت سطحی تبخیر شده است.

، و سرعت خشک کردن بستگی دارد. بنابراین یک خاصیت ماده نیست. مقدار رطوبت بحرانی به غلظت رطوبت سطحی، ضخامت ماده (2

و ضخامت جامد افزایش می یابد. کردنمعمولاً رطوبت بحرانی با افزایش شدت خشک

دورۀ بعد از نقطۀ بحرانی، دورۀ شدت نزولی نام دارد. منحنی سرعت خشک کردن در دورۀ شدت نزولی با توجه به نوع ماده فرق می کند. ( 3

کل منحنی به ضخامت ماده و متغیرهای بیرونی بستگی دارد.ش

با مکانیسم نفوذ بیان شود، سرعت هوای عبوری از نمونۀ Falling Rateدر صورتی که فرآیند خشک شدن جسم مرطوب در ناحیۀ ( 4

، و درجه حرارت هوای مرطوب بر میزان شدت خشک شدن بی اثر است؛ اما ضخامت نمونۀ مرطوب، سطح خشک شدن برای نمونۀ مرطوب

عبوری از نمونۀ مرطوب تأثیرگذار هستند.

سرعت از دست دادن رطوبت یک جسم مرطوب در یک خشک کن که تحت شرایط ثابت قرار دارد، وقتی به صورت ثابت در حال تنزل ( 5

(Constant falling rate zone،خواهد بود که فیلم آب سطحی پیوستگی خود را از دست داده باشد ) ولی خلل و فرج جسم را آب به

صورت یک فاز مایع پیوسته احاطه کرده است.

( خارج می شود.Falling rateرطوبت پیوندی در دورۀ نرخ کاهنده )( 6

جامدات غیرمتخلخل و نظریۀ نفوذ

بین عمق جامد و سطح آن می باشد. نفوذ رطوبت به علت وجود گرادیان غلظت ( 1

که از دو طرف خشک می شود )انتقال رطوبت به طریق نفوذ(توزیع رطوبت در بستری

نفوذ مشخصۀ موادی است که به کندی خشک می شوند. مقاومت در برابر انتقال جرم بخار آب از سطح جامد به هوا معمولاً ناچیز است و (2

تعادلی یا خیلی نزدیک به آن است. در این نفوذ در جامد سرعت کل خشک کردن را کنترل می کند. بنابراین مقدار رطوبت در سطح، مقدار

شرایط سرعت هوا در سرعت خشک کردن تأثیری ندارد یا اگر دارد ناچیز است و رطوبت هوا نیز به علت تأثیر بر مقدار رطوبت در تعادل، بر

یز با افزایش دمای جامد افزایش فرآیند اثر می گذارد. از طرف دیگر چون با افزایش دما قابلیت نفوذ افزایش می یابد، سرعت خشک شدن ن

می یابد.

نفوذپذیری رطوبت معمولاً با کاهش مقدار رطوبت سریعًا کاهش می یابد. (3

نصف ضخامت جامد باشد، شدت 𝑠در خشک کردن جامدات و در منطقۀ شدت نزولی، در صورتی که تئوری نفوذ را صادق فرض کنیم و (4

خشک شدن متناسب با 1

𝑠2 .می باشد

، عامل رسیدن رطوبت از درون جسم طور است()که معمولًا هم همین شدت نزولی با مکانیزم نفوذ انجام شوداگر خشک شدن در ناحیۀ ( 5

کند. در این حالت افزایش یا کاهش سرعت هوای عبوری به روی سطح، نفوذ است و نفوذ در جامد سرعت کل خشک شدن را کنترل می

ندارد.تأثیری روی سرعت خشک شدن جسم

باشد.شونده میشدن مستقل از ضخامت جسم خشکشدن جابجایی باشد، شدت خشک( در صورتی که مکانیزم خشک6

شدن از ( در جامدات غیرمتخلخل، عامل رسیدن رطوبت به سطح، پدیدۀ نفوذ است و وقتی که گرما از یک سمت جامد داده شده و خشک2

کند وشدن را کنترل میدر داخل جامد نفوذ بخار است. نفوذ در جامد سرعت کل خشک سمت دیگر صورت گیرد، مکانیزم حرکت رطوبت

شدن است، لذا قانون دوم فیک برقرار است. در اینجا چون با افزایش دما قابلیت نفوذ افزایش کنندۀ عمل خشکچون مکانیزم نفوذ کنترل

بد.یاشدن نیز با افزایش دمای جامد افزایش مییابد، سرعت خشکمی

چین و چروک و سخت شدن پوسته

اگر رطوبت پیوندی از یک جامد کلوئیدی غیرمتخلخل جدا شود، آن ماده چین و چروک می خورد. این بدان علت است که لایه های (1

لایه های درونی در بیرونی رطوبت خود را زودتر از لایه های درونی از دست می دهند و غلظت رطوبت در این لایه ها، کمتر از غلظت رطوبت

های سطحی چین و چروک می خورند. در این حالت داریم: می شود و لایه

↓ ↓ → رطوبت سطحی ↓ → نفوذ پذیری ↓ → رطوبت انتقالی به سطح اختلاف رطوبت در نزدیکی سطح

→ ↑ شدت چین و چروک شدن

ندارد. در موارد حاد، کاهش حجم و نفوذپذیری مشترک، ایجاد پوسته عملاً نفوذناپذیری در برابر در قطعه های کوچک این موضوع اهمیت ( 2

رطوبت می کنند که تودۀ ماده را در خود محصور می کند و رطوبت درونی خارج نمی شود. به این حالت سخت شدن پوسته گویند. با کاهش

ختلاف غلظت ها در جامد، پیچ خوردگی، ایجاد شکاف، و سخت شدن پوسته سرعت خشک شدن )افزایش رطوبت هوا( و در نتیجه کاهش ا

کاهش می یابد.

وقتی نفوذپذیری در کل جامد به مقدار ثابتی نزدیک شود، حالت سخت شدن پوسته کمتر اتفاق می افتد. (3

با توجه به اینکه امکان کنترل رطوبت جامد خروجی در عملیات پیوسته همسو بیشتر است، این روش برای جلوگیری از چین و چروک (4

شدن به کار می رود.

کاهش سرعت خشک کردن مانع از سخت شدن پوسته حین خشک کردن می شود.( 5

جامدات متخلخل و حرکت مایع بر اثر مویینگی

ت با توزیعی است که نفوذ بیان رطوبت برای جامد متخلخل در شکل زیر نشان داده شده است. این منحنی کاملًا متفاومنحنی توزیع ( 1

کند.می

توزیع رطوبت در بستر متخلخل که از دو طرف خشک می شود

های مویینگی، محرک لازم در جامدات متخلخل، رطوبت از طریق مویینگی و تا حدودی نیز توسط نفوذ سطحی منتقل می شود. نیرو (2

جهت انتقال آب از درون منافذ جامد به طرف سطح را ایجاد می کنند.

همان طور که در شکل زیر نشان داده شده، سرعت خشک شدن برحسب رطوبت آزاد دارای یک مرحلۀ سرعت ثابت و دو مرحلۀ سرعت (3

نزولی می باشد.

منحنی سرعت خشک شدن برای صفحۀ متخلخل

امی که کل سطح مرطوب باشد، سرعت خشک شدن ثابت است. بیشتر آب خروجی در دورۀ شدت ثابت از درون جامد منشأ می گیرد. ماد (4

در این دوره سرعت انتقال رطوبت به سطح با سرعت تبخیر یکسان است.

لکه های خشک روی سطح ایجاد می شوند. در این حالت اگرچه ،(𝐵)نقطۀ لی می شوند و در نقطۀ بحرانی اولمنافذ مرتباً از آب خا( 5

سرعت تبخیر در واحد سطح مرطوب بدون تغییر می ماند، اما سرعت مبتنی بر سطح کل، کمتر از دورۀ شدت ثابت است. در قسمت اول دورۀ

آب درون منافذ به صورت یک فاز ( سرعت خشک شدن بستگی به همان عواملی دارد که در دورۀ شدت ثابت مؤثرند.𝐵𝐶شدت نزولی )

پیوسته است و هوا به صورت یک فاز پراکنده می باشد. در این دوره منحنی سرعت خشک شدن معمولاً خطی است.

با خروج مرتب آب از جامد، آب کافی برای حفظ فیلم های پیوسته درون منافذ وجود ندارد و منافذ با هوا که حالا فاز پیوسته شده پر می (6

ند.شو

در شکل بالا نشان داده شده، سرعت خشک شدن دوباره کاهش می یابد. مقدار رطوبتی که در آن چنین 𝐶𝐷همان طور که با منحنی (2

( گویند و این دوره را دورۀ شدت نزولی دوم گویند. در این دوره مکانیسم خشک شدن 𝐶شکستی رخ می دهد را نقطۀ بحرانی دوم )نقطۀ

این حالت بخار آب باید از طریق جامد نفوذ کند و گرمای تبخیر باید به طریق رسانایی از جامد به مناطق تبخیر انتقال تغییر می کند. در

دهندۀ تعادل بین دو فاز است.نیز نشان 𝐷یابد. نقطۀ همچنین در این ناحیه، درجه حرارت جامد در حین خشک شدن افزایش می یابد.

ی که در دماسنج با درجه حرارت مرطوب صورت می گیرد، اساساً همان فرآیند خشک کردن با شدت ثابت متخلخل، فرآیند ( در جامدات8

است.

در دورۀ خشک شدن نهایی، سرعت تبخیر عملًا مستقل از سرعت هوا است. (.

با توجه به مقدار رطوبت اولیه و نهایی جامد، ممکن است تمام دوره های خشک شدن وجود نداشته باشند. (10

در جامدات متخلخل، نقطۀ بحرانی زمانی رخ می دهد که سرعت انتقال رطوبت به سطح، دیگر با سرعت تبخیر یکسان نیست. (11

دگی کیک مرطوب به کف مخزن اجازۀ حرکت گاز به سطوح زیرین را نمی در بعضی از خمیرها، که در مخازن خشک می شوند، چسبن (12

است. وقتی که در 𝑎دهد. این مسأله باعث پدید آمدن منحنی هایی مانند شکل زیر می شود. در این حالت محدودۀ شدت ثابت در ناحیۀ

طح بیاید؛ زیرا هوا نمی تواند جانشین مایع شود. ابتدا رطوبت سطحی از بین می رود، مایع نمی تواند با حرکت در مجراهای موئین به س

افت می کند. در نتیجه جامد خرد می شود و به 𝑏بنابراین سطح مرطوب به مجراها کشیده می شود و شدت خشک شدن به صورت محدود

را پدید می آورد. 𝑐ه و منحنی جای اینکه مایع با عمل موئین به سطح بیاید، با هوا جانشین می شود و دوباره شدت خشک شدن افزایش یافت

اثر چسبندگی خشک شدن خمیر در مخزن

تر از رطوبت بحرانی باشد، در دوره شدت ثابت هستیم.اگر رطوبت نهایی بزرگ (13

( داریم:Capillaryبرای فرآیند خشک کردن با مکانیسم مویینگی )( 14

.در ناحیۀ نرخ نزولی اتفاق می افتد

نمونه های مرطوب متخلخل مشاهده می شود.عموماً در اجسام و

.میزان یا شدت تبخیر نسبت به حالت نفوذ بیشتر است

در عمل خشک کردن اجسام متخلخل، عامل رسیدن رطوبت به سطح نیروهای موئینگی است و حفره های ریزتر، دیرتر از حفره های ( 15

درشت تر رطوبت را از دست می دهند.

کردن هوا مطابق شکل زیر است:گرم ( مسیر تحول پیش16

ابد. یشود و نیز اختلاف دمای حباب خشک و مرطوب هوا افزایش میگرم کردن هوا، رطوبت نسبی هوا کم میبا توجه به شکل فوق، با پیش

ال حرارت تبع آن افزایش سرعت انتقافزایش اختلاف دمای حباب خشک و مرطوب هوا موجب افزایش نیروی محرکۀ انتقال حرارت و به

گرم کردن هوا، رطوبت نسبی هوا شود. علاوه بر این، با پیششود. ازدیاد سرعت انتقال حرارت باعث افزایش سرعت خشک شدن جامد میمی

𝑋یابد. از این رو رطوبت آزاد جامد )( کاهش می∗𝑋شود که در نتیجۀ آن، رطوبت تعادلی جامد )کم می − 𝑋∗یابد.( افزایش می

خشک کن دستگاه های

خشک کن های مختلف عبارتند از:

خشک کن های سینی دار .1

اگر سرعت تولید کم باشد، خشک کن های سینی دار مفید هستند. به خاطر زحمت زیاد بارگیری و تخلیۀ بار آن ها، بهره برداری از آن ( 1

ساعت می باشد. 48تا 4است. چرخۀ این خشک کن ها ها گران تمام می شود. بنابراین کاربرد بیشتر آن ها مواد رنگی و اولیۀ دارویی

در خشک کن های واگن دار که سینی ها روی واگن ها چیده می شوند، با توجه به اینکه واگن ها را می توان بیرون از خشک کن بارگیری ( 2

و تخلیه کرد، اتلاف زمانی بین چرخه ندارد.

ه می شود. این عمل معمولاً در خشک کن های ناپیوسته و نه با صرفه است نه لازم، گاهی از خشک کردن به روش جریان سراسری استفاد( 3

چون کوتاه بودن چرخۀ خشک کردن، کار لازم برای هر مرحله را کاهش نمی دهد. اما صرفه جویی در انرژی قابل ملاحظه است.

زیر اتمسفریک کار می کنند.خشک کن با محفظۀ خلاء خشک کن های غیرمستقیم سینی دار هستند که در فشار ( 4

یک روش دیگر، خشک کردن انجمادی )تصعیدی( است که در برج های سینی دار انجام می شود. این روش برای مواد غذایی و دارویی ( 5

که در درجه حرارت های معمولی خشک نمی شوند و مواد حساس به حرارت مناسب می باشد. یکی از اساسی ترین مشکلات این روش،

ین حرارت لازم برای تصعید است. گاهی از روش های دیگر نظیر تشعشع حرارتی و حرارت دی الکتریک هم استفاده می شود. اما روش تأم

دوم پرهزینه است؛ زیرا ثابت دی الکتریک آب بالا است و حرارت مستقیمًا داخل آب آزاد می شود.

شدن، پدیدۀ سطح خشک مانع عمده است، اجسامی که در موقع خشکشکل و دار جهت خشک کردن اجسام خمیریکن سینی( خشک6

شود.استفاده می

خشک کن های تونلی .2

این خشک کن عملکرد مداوم خشک کن واگن دار است. برای درجه حرارت های کم، گاز موردنظر هوای گرم شده با بخار و برای درجه

حرارتی می توانیم قسمتی از گاز را به خشک کن برگردانیم. حرارت بالا، گاز احتراق یک سوخت است. برای افزایش بازدۀ

خشک کن های نوار نقاله ای .3

دقیقه است. هزینۀ 120تا 5دما و رطوبت هوا در قسمت های مختلف فرق می کند، تا شرایط بهینه حاصل شود. زمان خشک کردن بین

ا وقتی قابل استفاده هستند که شرایط خشک کردن با توجه به خشک کردن در این دستگاه پایین و مصرف بخار کم است. این خشک کن ه

کاهش مقدار رطوبت جامد تغییر کند.

برج خشک کن .4

خشک کن توربو از این نوع می باشد. دستگاه مشابه خشک کن توربو که بدون توربین مرکزی و به شکل کوره های چند دهانه ای هستند را

خشک کن صفحه ای گویند.

خشک کن دوار .5

این دستگاه یکی از مهمترین نوع خشک کن ها است که برای مواد دانه ای شکل مناسب است. جامد مورد استفاده در این دستگاه نباید ( 1

چسبیده یا صمغی شکل باشد.

برای کاربردهای مختلفی ساخته می شوند: ارخشک کن های دو (2

تا دمای بالا را دارند و موادی که نباید زیاد گرم شوند، مناسب جریان معکوس: برای موادی که قابلیت گرم شدن –حرارت مستقیم

است.

جریان هم جهت: موادی که بدون نگرانی از آلودگی می توانند گرم شوند و از طرفی نباید زیاد گرم شوند. –حرارت مستقیم

ه شوند و تماس مستقیم با گاز نداشته ، اما برای موادی که باید تمیز نگه داشت1جریان معکوس: مانند مورد –حرارت غیرمستقیم

باشند به کار می رود. مانند رنگدانه های سفید، شکر، نمک، خوراک دام و ...

غیرمستقیم: این خشک کن ها از نظر اقتصادی از خشک کن های مستقیم با صرفه تر هستند و برای جامداتی که می –مستقیم

ا برسند، به ویژه وقتی که هزینۀ سوخت بالاست و یا وقتی که رطوبت زیادی باید توانند توسط گاز سوخت به درجه حرارت های بال

از جسم گرفته شود، به کار می رود.

خشک کن های دوار خلاء از نظر ساخت و کارکرد گران هستند. در نتیجه فقط در موارد خاص، مثلاً در مورد مواد با ارزش دارویی که برای ( 3

د در دمای پایین و در غیاب هوا خشک شوند، استفاده می شوند.جلوگیری از صدمه دیدن بای

خشک کن دوار با جریان سراسری ترکیبی از دو نوع خشک کن است. در اینجا پاشندگی جامد به جریان گاز اساساً وجود ندارد و در نتیجه (4

مینیمم آشفتگی را دارد. این سیستم برای خشک کردن در درجه حرارت های بالا و پایین مناسب است.

( درون خشک Hold-upافزایش شدت جریان گاز موجب افزایش موجودی مادۀ جامد )در یک خشک کن دوار با جریان مختلف الجهت، ( 5

کن می شود.

در قسمت عمدۀ خشک کن دوار که بطور پیوسته کار می کند و سیال گرم از طرف مقابل جسم مرطوب به صورت ناهمسو وارد می شود، ( 6

دمای جسم مرطوب ثابت می ماند.

1.5دوار در کنخشک( 2 < 𝑁𝑇𝑈 < اقتصادی تر است. 2.5

ماندگی در خشک دوار:

اگر جامد دارای رطوبت خاصی باشد، زمان متوسط عبور یا زمان توقف جامد در یک خشک کن باید با زمان لازم برای خشک شدن برابر (1

شدن محصول می شود.باشد. با توجه به اینکه زمان توقف تک تک ذرات با زمان متوسط فرق می کند، این مسأله باعث غیریکنواخت

ذرات پس از اینکه از پره ها می افتند، به سمت جلو پرش دارند. از طرفی از حرکت جلوروندۀ جامد توسط جریان گاز معکوس ممانعت ( 2

می شود و یا توسط جریان موازی گاز تقویت می شود.

شده است، تعریف می شود و زمان توقف متوسط از ماندگی جامد به صورت کسری از حجم خشک کن، که در هر لحظه با جامد اشغال (3

تقسیم ماندگی بر شدت جریان حجمی خوراک بدست می آید.

در حالتی که جریان گاز وجود نداشته باشد ماندگی تا حدی به طراحی پره ها و طبیعت جامد بستگی دارد. (4

روی پوستۀ خشک کن. حرکت پرشی عبارت است از بلند شدن و افتادن ذرات توسط پره هایی تعریف:

حرکت کوره ای عبارت است از حرکت جلو روندۀ ذرات روی یکدیگر در کف خشک کن.تعریف:

خشک کن با نوار نقالۀ پیچی .6

این خشک کن جامداتی را که ریزتر و چسبنده تر از جامداتی هستند که با خشک دوار خشک می شوند، خشک می کند.( 1

دهندۀ مناسب استفاده شود، می توان در خلاء متوسط بهره برداری کرد. لذا این خشک کن برای جداسازی از این خشک کن اگر از خوراک (2

و بازیابی پیوستۀ حلال های فرار از جامدات مرطوب، مشابه استخراج از جامد دانه های جو مناسب هستند. به همین خاطر آن ها را گاهی

جداکنندۀ حلال نیز گویند.

سیال خشک کن دارای بستر .7

دقیقه می رسد. برخی از 30تا 15ثانیه است و اگر نفوذ داخلی باشد به 120تا 30زمان لازم برای خشک کردن کندر این نوع خشک( 1

خشک کن های با بستر سیال مستطیلی، قسمت های سیال شده جداگانه ای دارند که جامدات به نوبت از ورودی وارد و از خروجی خارج

ین نوع خشک کن دارای جریان استوانه ای گویند. ویژگی اصلی این جریان شامل جریان متقاطع جامد و گاز، قابلیت کنترل می شوند. به ا

زمان اقامت و تناسب آن با هر درجه حرارت است.

جامدات زبری که به راحتی سیالیت پیدا نمی کنند در بستر فواره ای قرار می دهند. (2

خشک کن ناگهانی .8

است، اما چون زمان کوتاه ℃650ثانیه می باشد. با آنکه دمای گاز حدود 4تا 3در این نوع خشک کن ها زمان لازم برای خشک کردن حدود

نمی شود. بنابراین برای مواد حساس به حرارت مناسب است. چنین زمانی برای خشک شدن، این روش را ℃50است، دمای جامد بیش از

ط رطوبت سطحی موردنیاز باشد، محدود می کند.به حالت هایی که فق

خشک کن پاششی )افشانکی( .9

ثانیه در نوع متقابل است. مزیت عمدۀ آن، زمان کوتاه خشک کردن است که امکان 30تا 25ثانیه در نوع همسو و 6تا 3زمان حدود ( 1

ی کند. پایداری، چگالی کل، ظاهر، و خواص جریان مطلوب خشک کردن مواد حساس به گرما و تولید ذرات کروی جامد یا توخالی را فراهم م

بعضی از محصولات در انواع دیگر یا به سختی حاصل می شود یا اصلًا حاصل نمی شود. همچنین این حسن را دارند که از دوغاب محصول

خشکی تهیه می کند که آمادۀ بسته بندی است.

این خشک کن ها به ویژه در ظرفیت های بالا هزینۀ کمی دارند. (2

اما معایب آن عبارتند از: (3

.بازدۀ چندانی ندارند

.گرمای زیادی در گازها تلف می شود

.حجیم و بزرگ هستند

.چگالی کل را به دشواری می توان ثابت نگه داشت

مله مواد شیمیایی آلی و غیرآلی، مواد دارویی، مواد شوینده، و محصولات خشک کن های پاششی برای دامنۀ وسیعی از محصولات از ج( 4

غذایی مانند شیر و قهوه کاربرد دارند.

در این خشک کن جریان برگشتی گاز به خشک کن به منظور افزایش بازدۀ حرارتی عملی نیست؛ زیرا عمل غبارگیری معمولاً بدون اتلاف ( 5

حرارتی زیاد امکان پذیر نیست.

در خشک کردن پاششی، زمان توقف ماده در خشک کن کوتاه تر است.( 6

( تهیه می شود.Spray dryerشیر خشک معمولاً توسط خشک کن افشانکی )( 2

شود.کن پاششی استفاده می( برای تهیۀ پودر کاکائو از خشک8

خشک کن با فیلم نازک .11

د می شود و یا اصلاً نیازی نیست، زیاد و اتلاف مواد جامد در آن ها کم است. این بازدۀ گرمایی خشک کن های با فیلم مایع چون گاز کمی وار

دستگاه در جدا کردن و بازیابی حلال از محصولات جامد مفید است. در اینجا خشک کردن گران تمام می شود و سطح انتقال گرما کم است.

خشک کن استوانه ای .11

خشک کن های دو استوانه ای در محلول های رقیق، محلول های غلیظ از مواد بسیار انحلال پذیر، و دوغاب های با وزن متوسط کارایی ( 1

ددارند. آن ها برای محلول های نمک با انحلال پذیری کم یا دوغاب جامدات خورنده که ته نشین می شوند و بین استوانه ها فشار زیادی ایجا

اسب نیستند. می کنند، من

ثانیه است که برای محصولات حساس به گرما مناسب است. این خشک کن ها ضریب انتقال 15تا 6در این خشک کن ها زمان تماس (2

گرمای بالایی دارند.

انتخاب دستگاه خشک کن

رعت موردنظر تولید کند. معمولاً از در انتخاب دستگاه خشک کن مهمترین عامل این است که دستگاه محصول موردنظر را به شکل و با س (1

دستگاه مناسب انتخاب نهایی را براساس هزینه های سرمایه و بهره برداری انجام می دهند. 3تا 2بین

بعضی از ملاحظات عمومی عبارتند از: (2

150خشک کن های ناپیوسته و پیوسته به ترتیب برای میزان تولید جامد خشک شده کمتر از .1𝑘𝑔

ℎتن بر ساعت 2تا 1و 200تا

انتخاب می شوند.

مواد حساس به حرارت را باید در دمای کم و در خلاء خشک کرد. محیط باید دمای کمی داشته باشد و یا زمان اندک باشد، مانند .2

خشک کن های ناگهانی و پاششی.

ه کرد.برای بلورهای شکننده باید از یک خشک کن سینی دار یا نوار نقاله ای یا برجی استفاد .3

خشک کن آدیاباتیک معمولاً ارزان تر از خشک کن های غیرآدیاباتیک هستند. گرچه بازدۀ گرمایی واحدهای آدیاباتیک کمتر هستند. .4

در خشک کن های آدیاباتیک اغلب مقدار زیادی غبار جابجا می شود که برای جدا کردن آن گاهی به دستگاهی گران تر از خشک .5

شود این نوع غیراقتصادی تر از خشک کن غیرآدیاباتیک شود )مانند خشک کن دوار(.کن نیاز است که باعث می

خشک کن های غیرآدیاباتیک همیشه برای ذرات بسیار ریز یا جامداتی که از نظر شیمیایی فعال تر از آن هستند که بتوان آن ها را .6

یابی حلال استفاده می شود.با گاز تماس داد، به کار می رود. همچنین از آن ها در جدا کردن و باز

خشک کن های پاششی، فیلم نازک، و استوانه ای برای محلول ها و دوغاب ها مناسبند. .2

خشک کن های سینی دار و نوار نقاله ای برای جامداتی و خمیرهایی که قابل هم زدن نباشند و خشک کن های برجی، دوار، نوار .8

و خمیرهایی که عمل همزدن مجاز است استفاده می کنند. نقاله ای، بستر سیال، و ناگهانی برای جامدات

شکل فیزیکی ماده و روش های مختلف حمل تأثیر زیادی روی نوع خشک کن دارد. ..

(𝑨𝒅𝒔𝒐𝒓𝒑𝒕𝒊𝒐𝒏فصل ششم عملیات واحد: جذب سطحی )

مقدمه

سطح جذب کنندۀ جامد منتقل می شود. جذب سطحی نوعی فرآیند جداسازی است که در آن بعضی از اجزای یک فاز سیال به( 1

از جذب سطحی برای بازیافت محصولات یک واکنش که به راحتی با تقطیر یا تبلور تفکیک نمی شوند، استفاده می کنند. در جذب سطحی (2

جداسازی به این دلیل صورت می گیرد که اختلاف در وزن مولکولی، شکل یا قطبیت موجب می شود که برخی مولکول ها با قدرت بیشتری

گر روی سطح نگه داشته شوند و یا منافذ برای وارد شدن مولکول های درشت تر کوچک باشد.نسبت به مولکول های دی

به عنوان یک قاعدۀ عمومی، بخارات و گازهایی که دارای وزن مولکولی بیشتر و دمای بحرانی کمتری هستند، راحت تر جذب می شوند؛ (3

اگرچه خواص شیمیایی مثل غیراشباعی هم در جذب مهم است.

اع جذب سطحیانو

جذب سطحی به دو نوع فیزیکی و شیمیایی تقسیم می شود.( 1

جذب فیزیکی یا جذب واندروالس نتیجۀ نیروهای جاذبۀ بین مولکول های جامد و مادۀ جذب شده می باشد. حرارت آزاد شده در این (2

تصعید گاز است. حالت کم است. به عنوان مثال برای جذب گاز توسط جامد، تولید حرارت در حد حرارت

جذب فیزیکی یک پدیدۀ برگشت پذیر است. در این حالت با کاهش فشار و یا افزایش دما، سیال جذب شده از سطح جامد جدا می شود.( 3

ل و انفعال شیمیایی جامد و مادۀ جذب شده است. در این حالت نیروهای چسبندگی یا جذب سطحی فعال شده، نتیجۀ فع جذب شیمیایی (4

اً بیشتر از حالت جذب فیزیکی است.معمول

حرارت آزاد شده در عمل جذب شیمیایی معمولًا زیاد و در حد یک واکنش شیمیایی است. جذب شیمیایی عمومًا برگشت ناپذیر است. (5

اتفاق بیفتند.برای یک ماده در دمای کم ممکن است جذب فیزیکی و در دمای زیاد جذب شیمیایی رخ دهد و یا هر دو پدیده در یک زمان

با افزایش درجه حرارت، میزان جذب سطحی در هر دو فرآیند فیزیکی و شیمیایی کاهش می یابد. (6

جاذب جامد خاک رس برای جداسازی رنگ از روغن ها، جذب سطحی فیزیکی انجام می دهد.( 2

جاذب های سطحی

اکثر جاذب های سطحی مواد بسیار متخلخلی هستند که سطح زیادی در واحد جرم دارند. در برخی موارد این میزان ممکن است تا (1

2000 𝑚2

𝑔𝑟 هم برسد.

جاذب ها معمولاً به شکل گرانول هستند. جاذب ها دارای کاربرد فراوانی هستند. به عنوان مثال از جذب سطحی روی کربن برای جدا (2

و از غربال های مولکولی برای تفکیک اکسیژن و هیدروژن و تهیۀ هیدروژن خالص استفاده می 𝐶𝑆2و 𝐻2𝑆ردن مواد آلوده کننده مانند ک

کنند.

از جاذب های خاک رس، خاک فعال شده، و بوکسیت در رنگ زدایی محصولات نفتی و از جاذب های بوکسیت، آلومین، سیلیکاژل، و (3

به منظور خشک کردن گازها و از آلومین و غربال مولکولی به منظور خشک کردن مایعات استفاده می کنند. غربال مولکولی

انواع دیگر جاذب ها عبارتند از: ذغال استخوان، ذغال رنگبر، ذغال جاذب گاز، ذغال فعال شده، و پلیمرهای مصنوعی. (4

شکل ساخت مادۀ جاذب روی جذب تعادلی اثر می گذارد. (5

دستگاه جذب سطحی

سیستم معمول جذب سطحی بخار همان طوری که در شکل زیر نشان داده شده، از دو بستر که یکی به منظور جذب گاز و دیگری سیستم (1

احیاء می باشد، تشکیل شده است. در این دستگاه چون حرکت رو به بالا با سرعت زیاد ممکن است ذرات را به حالت سیال تبدیل کند و

لذا حرکت رو به پایین ترجیح داده می شود. بازیابی را می توان با گاز بی اثر داغ انجام داد. معمولاً اگر حلال در موجب ساییدگی ذرات شود،

آب قابل حل نباشد، بخار آب ترجیح داده می شود.

سیستم جذب سطحی فاز بخار

می شود. معمولاً سطح مقطع طوری تعیین می شود شدت جریان گاز و زمان چرخۀ موردنظر تعیین به اندازۀ بستر جذب کننده با توجه( 2

0.15که سرعت سطحی ) − 0.45𝑚

𝑠( باشد. برای شدت جریان های بسیار زیاد به جای مخزن قائم از بستر مستطیلی نصب شده در وسط

استوانۀ خالی استفاده می شود.

ساعت تمام شود. با استفاده از بستر بلندتر، 24تا 2عمق بستر و شدت بستر را طوری انتخاب می کنند که چرخۀ جذب در فاصلۀ زمانی (3

یچرخۀ جذب تا چند روز نیز ادامه می یابد، اما افت فشار و هزینۀ بیشتر جذب کننده احتمالاً این کار را بدون صرفۀ اقتصادی می کند. گاه

یا کمتر برای کاهش افت فشار اندازۀ جذب کننده توصیه می شود، ولی بسترهای کم عمق جداسازی خوبی 0.3𝑚از بستری به قطر استفاده

انجام نمی دهند. انرژی موردنیاز برای بازیابی نیز در این حالت زیاد می باشد.

ی احیاء از گاز داغ استفاده می شود. اگر احیاء در فشار دستگاه خشک کن گاز شبیه دستگاه شکل بالا است ولی در این دستگاه ها برا (4

خیلی کمتر نسبت به جذب سطحی صورت گیرد، نیازی به تأمین گرما نیست، چون فشار کم به نفع جذب سطحی است.

ی کنند.اگر جذب سطحی در فشار جو صورت گیرد، به جای احیاء با بخار آب یا گاز داغ، از احیاء در شرایط خلاء استفاده م (5

از کاربردهای دیگر جذب سطحی، جداسازی مخلوط های گازی با غلظت مادۀ جذب شده متوسط تا زیاد است که جداسازی حجمی نامیده (6

( فرآیند جداسازی حجمی است که در تأسیسات جداسازی در مقیاس کوچک و تغلیظ هیدروژن 𝑃𝑆𝐴می شود. جذب سطحی با نوسان فشار )

به کار می رود.

تاستفاده از ستون های جاذب با جریان متقابل و برج تعویض یونی پیوسته به علت اینکه بازدۀ استفاده از جامد را زیاد می کنند در تأسیسا (2

بزرگ مرتباً در حال افزایش است.

صورت جریان بخار آب داغ احیاء یک ستون جذب سطحی با بستر ثابت مدنظر است. اگر جزء جذب شده با آب قابل امتزاج نباشد، در آن( 8

به سمت پایین ارجحیت دارد.

تعادل، خطوط هم دمای جذب سطحی

هم دمای جذب سطحی، رابطۀ تعادلی بین غلظت در فاز سیال و غلظت در ذرات جذب کننده در دمای معین است. غلظت در گازها (1

برحسب درصد مولی یا فشار جزئی، در مایعات برحسب واحدهای جرم و برای مادۀ جذب شده برحسب جرم جذب شده بر واحد جرم جاذب

اولیه بیان می شود.

اع هم دماها در شکل زیر نشان داده شده اند. هم دمای خطی از مبدأ عبور می کند و مقدار جذب شده متناسب با غلظت در برخی از انو (2

سیال است.

دمای جذب سطحیهم

هم دماهایی که تحدب رو به بالا دارند، هم دماهای مطلوب نامیده می شوند، چون جذب زیادی برحسب واحد جرم جاذب در غلظت های (3

م سیال دارند.ک

حالت حد هم دمای بسیار مطلوب، هم دمای برگشت ناپذیر است که مقدار جذب شده مستقل از غلظت است. (4

عمل دفع در حالت هم دمای بسیار مطلوب یا برگشت ناپذیر، نسبت به هم دماهای خطی مستلزم دمای خیلی بیشتری است. (5

هم دماهایی که تقعر رو به بالا دارند، نامطلوب نامیده می شوند، چون جذب جامد در آن ها کم است و به مناطق انتقال جرم کاملًا طولانی (6

در بستر نیاز می شود. هم دماهای نامطلوب کمتر دیده می شوند.

( مقدار جذب شده به 𝐵𝑃𝐿در دسته معینی از مواد )مانند کربن (2𝑇

𝑉log (

𝑓𝑠

𝑓حجم 𝑉دمای جذب برحسب کلوین، 𝑇بستگی دارد که (

فوگاسیتۀ بخار است. 𝑓فوگاسیتۀ مایع اشباع شده در دمای جذب سطحی و 𝑓𝑠مولی مایع در نقطۀ جوش،

سرعت جذب از مایعات خیلی کمتر از سرعت جذب از گازهاست.( 8

معادله های لانگ مویر و فرندلیچ

𝑘𝑐این هم دما معمولاً از نوع مطلوب است. اگر در حالت خاص الف( هم دمای لانگ مویر: < باشد، هم دما تقریباً خطی می شود. هم 1

برای گازهایی که به طور ضعیف جذب می دماهماین دمای لانگ مویر با فرض یکنواخت بودن سطح که فرض معتبری نیست بدست می آید.

شوند، تقریبًا خوب نتیجه می دهد. اگر چند جزء جذب شوند، هم دمای لانگ مویر با افزودن جملاتی به مخرج کسر اصلاح می شود.

یق استفاده می شود. ب( معادلۀ فرندلیچ: از این معادله در جذب سطحی مایعات، در محدودۀ کم تغییرات غلظت و عملاً برای محلول هایی رق

این معادله را وقتی جنس واقعی حل شونده مشخص نیست، می توان به کار برد. اطلاعات جذب سطحی برای بخار هیدروکربن روی کربن

فعال شده، گاهی با این معادله مطابقت می کند.

تعادل مخلوط های مایع که در آن غلظت جذب در عمل جذب سطحی، وقتی یک جزء نفوذکننده و همراه آن غیر نفوذکننده باشد، منحنی*

پیروی می نماید. 𝐹𝑟𝑒𝑢𝑛𝑑𝑙𝑖𝑐ℎشونده بسیار کوچک است، از معادلۀ

نمودار پسماند جذب سطحی

شکل زیر جذب هم دما که دارای پسماند است را نشان می دهد. معمولًا براساس آنکه بخار جذب یا دفع شود، شرایط تعادلی مختلفی به ( 1

وجود می آید و باعث ایجاد پدیدۀ پسماندگی می شود. در این حالت فشار تعادلی دفع معمولاً کمتر از جذب است.

جذب ایزوترم که دارای پسماند است

این حالت ممکن است نتیجۀ شکل سوراخ ها و لوله های مویین و تخلخل جامد و یا نتیجۀ پدیده پیچیده تر شدن جامد یا جذب شونده (2

باشد.

( به دلیل تخلخل بالای جاذب می باشد.Hysteresis adsorptionوجود پدیدۀ جذب سطحی پسماند )( 3

اثر دما

چون جذب یک فرآیند گرمازا است، غلظت گاز جذب شده با افزایش دما کاهش می یابد. (1

نقاطی که دارای غلظت جذب شوندۀ مشابه هستند، ایزوستر نامیده می شوند. (2

𝑅𝑇، پتانسیل جذب، 𝑃به فشار بخار ∗�̅�مول گاز از فشار جذب تعادلی 1انرژی آزاد متراکم کردن (3 ln𝑃

�̅�∗ است.

در مورد فشار، در اکثر موارد افزایش فشار و در موارد خاص کاهش فشار باعث افزایش جذب سطحی می شود.( 4

وقتی یک جاذب جامد در داخل یک مایع خالص غوطه ور می شود، ایجاد حرارت که به حرارت خیس شدن معروف است، نشان دهندۀ (5

جذب مایع است.

زء به طور قابل ملاحظه ای جذب می شوندمخلوط های دوتایی گازی که هر دو ج

در این حالت برخلاف وقتی که فقط یک جزء جذب می شود، مقدار جذب یکی از مخلوط ها بستگی به حضور مادۀ دیگر دارد. با توجه به (1

رسم مایع –استخراج مایع اینکه این سیستم ها، با احتساب جاذب سه جزئی هستند اطلاعات تعادلی آن ها، مشابه تعادل سه تایی مایع در

می شود.

مایع است و با تقسیم نسبت تعادلی ترکیب درصدهای گاز در جذب شونده بر –در استخراج مایع 𝛽در این حالت جذب نسبی مشابه (2

𝑦و نسبت آن در گاز بدست می آید. برای آن که عمل جذب مفید باشد، جذب نسبی باید بزرگتر از یک > 𝑥 .باشد

شونده از محلول رقیقجذب حل

وقتی یک جاذب با محلول دوتایی مخلوط می شود، جذب هر دو حل شونده و حلال رخ می دهد. چون جذب کلی را نمی توان اندازه (1

گیری کرد، به جای آن جذب سطحی یا ظاهری حل شونده مطرح می شود.

حلال اولیه کم می باشد، صادق است. این حالت برای محلول های رقیق، وقتی که کسر مقدار جذب شده از (2

جذب ظاهری برای یک حل شونده بستگی به غلظت حل شونده، دما، حلال، و نوع جذب شدن دارد. (3

هرچه میزان حلالیت در حلال کمتر باشد، میزان جذب بیشتر می شود. (4

جذب از محلول های غلیظ

نمودارهای جذب ظاهری یک حل شونده در محدودۀ غلظت بین حلال خالص تا حل شوندۀ خالص در شکل زیر نشان داده شده است. (1

جذب ظاهری حل شونده از محلول ها

می رسیم. 𝐸را داریم. با افزایش غلظت جذب شونده به نقطۀ 𝑎اگر حل شونده قوی تر از حلال جذب شود، منحنی (2

حاصل می شود. در محدودۀ 𝑏شکلی مشابه 𝑆در حالتی که هم حلال و هم حل شونده به مقادیر تقریبًا یکسان جذب شوند، منحنی (3

هر دو به یک مقدار مساوی جذب می شوند و جذب ظاهری منفی 𝐷، حل شونده قوی تر از حلال جذب می شود. در نقطۀ 𝐷تا 𝐶غلظت از

د، غلظت حلال قوی تر جذب می شود. با افزودن جاذب به چنین محلول هایی چون حلال قوی تر جذب می شو 𝐷 تا 𝐸می شود. در محدودۀ

𝑣(𝐶0کمیت شود.، این اثر خنثی می𝐸حل شونده افزایش می یابد تا در نقطۀ − 𝐶∗) .مقدار منفی جذب حل شونده را نشان می دهد

در یک مایع حاوی حل شونده خالص با افزایش جاذب، تغییری در غلظت حاصل نمی شود. (4

پدیدۀ جذب منفی در جذب از محلول های غلیظ مایعات مشاهده می شود.( 5

اصول جذب سطحی

الف( شیوه های تغییر غلظت در بستر ثابت:

نمودار تغییرات ( 1𝐶

𝐶0)نسبت غلظت حل شونده در سیال به غلظت در خوراک( برحسب طول بستر در شکل زیر آورده شده است. همان

( 𝑡2( غلظت سیال قبل از رسیدن به انتهای سیال به صفر می رسد. بعد از مدتی )زمان 𝑡1طوری که در نمودار دیده می شود، در ابتدا )زمان

شکل می شود. 𝑆جامد نزدیک ورودی اشباع شده و منحنی

نمودارهای غلظت

( نام دارد و محدودۀ این منطقه را بین مقادیر 𝑀𝑇𝑍منطقه ای که در آن بیشترین تغییر غلظت وجود دارد، منطقۀ انتقال جرم ) (2𝐶

𝐶0از

,𝑡3اختیار می کنند. با مرور زمان ) 0.05تا 5..0 𝑡4.منطقۀ انتقال جرم به سمت پایین حرکت می کند )

نمودار خط چین، غلظت در فاز سیال که با جامد در تعادل می باشد را نشان می دهد اختلاف غلظت ها در جایی که شیب تند است و (3

انتقال جرم سریع انجام می شود، زیاد است.

ای ندارد.( رابطه𝑀𝑇𝑍( مقداری ثابت است و با ناحیۀ انتقال جرم )𝐿𝑈𝐵( مقدار طول مصرف نشدۀ بستر )4

:ب( منحنی عبور

منحنی عبور که بیانگر تغییرات (1غلظت در خروجی بستر

غلظت در خوراکبرحسب زمان می باشد، برای جذب سطحی در بستر ثابت در نمودار شکل زیر نشان داده

شده است.

منحنی عبور برای جذب سطحی در بستر ثابت

( برسد، انتقال متوقف یا به بستر دیگر منتقل می شود. نقطۀ شکست را اغلب در 𝑡𝑏اگر غلظت به مقدار مجاز حدی، یا نقطۀ شکست )( 2

اختیار می کنند. در حالت ایده آل که در آن هیچ مقاومتی در برابر انتقال جرم و انتشار محوری وجود ندارد، ناحیۀ 0.1تا 0.05غلظت نسبی

در می آید. ∗𝑡ده باشد، منحنی عبور به صورت عمودی در زمان انتقال جرم بی نهایت کوچک می شود و اگر تمامی جامد اشباع ش

اگر ناحیۀ انتقال جرم نسبت به طول بستر باریک باشد، شیب منحنی عبور خیلی تند می شود و بیشتر جامد در نقطۀ شکست به مصرف (3

می رسد.

ست باشد. در جذب سطحی از مایعات، معمولاً افزایش بالا رفتن درجه حرارت سیال در سیال خروجی می تواند بیانگر تقریبی نقطۀ شک (4

درجه حرارت نسبتاً کم است.

سرعت و مکانیزم واقعی فرآیند جذب سطحی، طبیعت تعادل در جذب سطحی، سرعت سیال، غلظت حل شونده در خوراک، و طول بستر (5

جاذب در شکل منحنی عبور اثر دارند.

بستر، کاهش غلظت جامد، افزایش اندازۀ ذرات جامد، افزایش شدت جریان سیال در بستر، و معمولاً زمان نقطۀ شکست با کاهش طول (6

افزایش غلظت اولیۀ حل شونده در خوراک، کاهش می یابد.

𝑺𝒄𝒂𝒍𝒆ج( بزرگ کردن مقیاس ) − 𝒖𝒑):

وابط پیش بینی نمودارهای غلظت و پهنای ناحیۀ انتقال جرم به سرعت انتقال جرم، شدت جریان، و شکل منحنی تعادلی بستگی دارد. ر

پهنای ناحیۀ انتقال جرم نیاز به محاسبات طولانی دارند و نتایج دقیق نیستند. معمولًا مقیاس را از آزمایش در بستری به قطری کوچک در

آزمایشگاه بزرگ می کنند و واحد بزرگ را برای ذراتی با همان اندازه و سرعت سطحی طراحی می کنند.

:تر مصرف نشدهد( طول بس

طبق اصل افزایش مقیاس، مقدار جامد مصرف نشده یا طول بستر مصرف نشده با افزایش طول کل بستر تغییر نمی کند.

معادله های اساسی برای جذب سطحی

1) 𝐷𝑒 .به تخلخل ذره، قطر منفذ، پیچ خوردگی، و نوع ماده نفوذکننده بستگی دارد

2) 𝑘𝑐,𝑖𝑛𝑡 .به مرور زمان کاهش می یابد

در جذب سطحی مواد از محلول های آبی، مقاومت کنترل کننده، نفوذ درونی است. (3

منحنی های عبور برای حالت مختلف در شکل زیر نشان داده شده است. در شکل مقاومت معادل مربوط به زمانی است که هر دو مقاومت ( 4

قابل توجه باشند.

برای دفع برگشت ناپذیرمنحنی های عبور

𝐿در هم دمای خطی پهنای مطلق ناحیۀ انتقال متناسب با (51 افزایش می یابد. 2

عملیات جذب سطحی

عملیات تک مرحله ای با جریان متقاطع .1

ن ساک این عملیات، مشابه جذب گازی یک مرحله ای است. عملیات جذب تک مرحله ای در شکل زیر نشان داده شده است. به دلیل سخت و

بودن بستری از جاذب جامد، علاوه بر روش هایی که در تماس سیال های نامحلول قابل استفاده است، روش های نیمه پیوسته هم قابل

استفاده است.

جذب تک مرحله ای

عملیات چند مرحله ای با جریان متقاطع .2

ولی زیادتر همراه با فیلتراسیون بین مراحل استفاده شود، بازدۀ در صورتی که به جای یک مرحلۀ ناپیوسته از سیستمی با مراحل کوچکتر ( 1

استفاده از جاذب بالا می رود. این روش عملیات به نام عمل تسهیم کردن خوراک معروف است. این عمل معمولاً به صورت ناپیوسته انجام می

ذغال فعال که مادۀ گرانی است، استفاده می شود، مسئلۀ شود، هر چند می توان آن را به صورت عملیات مداوم هم انجام داد. وقتی که از

اقتصادی خیلی مهم است. هرچه تعداد مراحل افزایش می یابد، هزینۀ فیلتراسیون و دیگر عملیات حمل و نقل زیاد می شود. بنابراین گاهی

بنابراین می توان آن را بدون فیلتراسیون استفاده از دو مرحلۀ اقتصادی تر است. بعضی مواقع ممکن است عمل جذب برگشت پذیر نباشد،

واسط مصرف کرد. این عمل باعث صرفه جویی زیادی می شود. اگر این حالت در مورد جذب برگشت پذیر استفاده شود، نتیجۀ آن مانند

عملیات جذب دو مرحله ای در شکل زیر نشان داده شده است. حالتی است که از یک مرحله استفاده کرده باشیم.

جذب دو مرحله ای با جریان متقاطع

بستگی دارد. 𝑌1در عمل جذب سطحی دو مرحله ای از نوع جریان متقاطع، حداقل مقدار جاذب به (2

در حالت هم دمای خطی )منحنی تعادل خطی( کمترین مقدار کل جاذب مصرفی مربوط به حالتی است که مقدار جاذب در دو مرحله ( 3

برابر است.

در عملیات با جریان متقاطع با تقسیم جاذب ها، بهتر است که خوراک را چند قسمت کنیم، ولی عملیات با جریان همسو بر هر دو (4

ارجحیت دارد.

عملیات چند مرحله ای با جریان ناهمسو .3

ناهمسو در شکل زیر نشان داده شده ای با جریان دست آورد. جذب چند مرحلههتوان بهمسو بازدۀ اقتصادی بیشتری را میبا عملیات نا( 1

است.

جذب چند مرحله ای با جریان ناهمسو

مقدار مینیمم نسبت جاذب به حلال بیشترین مقداری است که سبب نامحدود شدن تعداد مراحل می شود. این حالت متناظر با خط کاری ( 2

که تعداد مراحل افزایش می یابد، مقدار جاذب لازم به سرعت با بیشترین ضریب زاویه است که منحنی تعادلی را قطع می نماید. هنگامی

کاهش می یابد تا به مقدار مینیمم خود برسد. در عمل وقتی که در بین مراحل عمل فیلتراسیون و جداسازی جامد از مایع صورت می گیرد،

یداسیون، پلیمریزاسیون جذب شونده و یا تغییرات استفاده بیش از دو مرحله اقتصادی نیست. در هنگام استفاده از ذغال فعال، امکان اکس

شیمیایی دیگر وجود دارد و استفاده از سیستم جریان متقاطع عملی تر است.

در صورت خطی بودن منحنی تعادل از معادلات کرمسر استفاده می کنند، ولی معادلۀ فرندلیچ ارجح است. (3

ک آن ها از روش بستر سیال استفاده می شود. اما با توجه به اینکه تماس سیال جامد عموماً برای جداسازی حل شونده از گازها یا تفکی (4

در بسترهای بالا و پایین رونده بهتر است، بیشتر عملیات جذب در این شرایط انجام می شود.

طراحی دستگاه جذب سطحی

و اندازۀ ذره، انتخاب سرعت مناسب برای رسیدن طراحی جذب کنندۀ سطحی برای خالص سازی گاز یا مایع، شامل انتخاب مادۀ جاذب( 1

به مساحت بیشتر و تعیین طول بستر برای چرخۀ معین یا محاسبۀ زمان عبور به ازای طولی منتخب است.

حیاء در ااما کوتاه تر بودن بستر به معنای استفاده از بستری کوتاه تر به معنای تجمع کمتر مادۀ جاذب و افت فشار کمتر در بستر است.( 2

دفعات بیشتر است، چون کسر کوچک تری از بستر در عبور اشباع می شود.

با 𝑎با توجه به اینکه مساحت بیرونی (31

𝐷𝑃 𝑘𝑐𝑎افزایش می یابند، انتظار داریم 𝑘𝑐,𝑖𝑛𝑡 و 𝑘𝑐,𝑒𝑥𝑡مقادیر 𝐷𝑃تغییر می کند و با کاهش

𝐷𝑃متناسب با 𝐷𝑃تا 1.5−

بنابراین کاهش اندازۀ ذره موجب می شود شیب منحنی عبور خیلی تندتر شود. در دستگاه جذب تغییر کند. 2−

ای مسطحی اگر جدا کردن بسیار زیاد مادۀ حل شده لازم باشد، بستر را می توان با طولانی کردن دوره، دادن بخار آب یا استفاده از بخار در د

بالاتر تقریباً به صورت کامل احیاء کرد.

(، شکل و اندازۀ جاذب و سرعت ظاهری باید یکسان Scale-upام طراحی یک دستگاه جذب سطحی با استفاده از افزایش مقیاس )هنگ( 4

باشد.

توانایی بیشتری در پایین آوردن زیاد دمای شبنم هوای مرطوب دارد. 4𝐴( غربال مولکولی 5

دهند. این ( شستشو میNaOHهایی نظیر سود کاستیک )ها را حلالآن ها، سطح( در یک فرآیند جذب سطحی برای احیاء و بازیابی جاذب6

شود.نامیده می Elutionفرآیند

شود.زدن محیط موجب کاهش مقاومت انتقال جرم در فیلم مایع پیرامون ذرات می( در عمل جذب سطحی مایعات توسط جاذب جامد، هم2

جامداتفصل هفتم عملیات واحد: استخراج از

مقدمه

عمل استخراج از جامد که جزء روش های غیرمستقیم می باشد، عبارت است از حل شدن انتخابی یک یا چند جزء از یک مخلوط جامد (1

که در تماس با یک محلول مایع قرار گرفته است. صنایع فلزی بیشترین استفاده کنندۀ عملیات استخراج از جامد می باشند. موارد دیگر

ن از دانه های روغنی و تهیۀ محصولات دارویی می باشد.کاربرد آن استخراج روغ

پذیرد؛ زیرا:ستخراج در درجه حرارت بالا صورت معمولاً بهتر است عمل ا (2

با افزایش دما، حلالیت حل شونده در حلال افزایش می یابد که این عمل باعث افزایش غلظت نهایی محلول مادر می شود. .1

کاهش و نفوذپذیری آن افزایش می یابد که هر دو عامل باعث افزایش سرعت استخراج می شود. با افزایش دما، ویسکوزیتۀ مایع .2

اما برای مواردی مانند چغندرقند، دمای بالا باعث تخریب شیمیایی جامد می شود. بنابراین عملیات را نباید در دمای بالا انجام داد.

ی جامد و مشکلات و هزینۀ حمل و نقل آن بستگی دارد.در عمل استخراج، انتخاب نوع دستگاه به حالت فیزیک( 3

ذرات درشت در بسترهای ثابت، توسط روش های نفوذ و ذرات ریز توسط همزن در جامد پخش می شوند. (4

د غیرقابلدر عملیات استخراج، اگر جامد تودۀ قابل نفوذ تشکیل دهد، می توان حلال را از بستر جامدات بدون همزدن عبور داد و اگر جام (5

نفوذ باشد، جامد در حلال پخش می شود.

گیرد. تر صورت میتر بوده و لذا استخراج بیشتر باشند، سطح تماس بین جامد و سیال بیش( هرچه ذرات جامد کوچک6

گیرد.تر صورت میشود و در نتیجه جداسازی بیشتر می( با افزایش کشش سطحی، پیوستگی ذرات بیش2

روش های تماس

در عملیات استخراج از جامد، اگر جریان معکوس به کار رود، نسبت به جریان متقاطع محلول غلیظ تری بدست می آید. یک مثال از روش (1

به صورت ردیفی است که به آن 𝑆ℎ𝑎𝑛𝑘𝑠می باشد. بهترین حالت قرارگیری مخازن در سیستم 𝑆ℎ𝑎𝑛𝑘𝑠جریان معکوس سیستم

𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝐵𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦 .گفته می شود

روش های مختلف استخراج از جامد عبارتند از:( 2

الف( استخراج از جامد در محل

در این روش استخراج مواد معدنی توسط نفوذ و در محل معدن توسط جریان حلال روی سنگ معدن و نفوذ به داخل آن صورت می پذیرد.

ب( استخراج از جامد به صورت توده ای

ند را روی سطح زمین به صورت ی که درصد مادۀ معدنی مطلوب در آن ها کم است و ارزش خرد و آسیاب کردن را نداریمعدن ها سنگ

ای از کلوخ استخراج می کنند.توده

ج( مخازن نفوذ

این مخازن به طبیعت جامد و استخراج از جامدات با اندازۀ متوسط را می توان توسط روش های نفوذ در مخازن روباز انجام داد. ساختمان

برای ورود حلال به بسترهایی که جامدهایی با قابلیت نفوذ کم دارند از مایع و همچنین مقیاس عملکرد بستگی دارد و نسبتاً پرهزینه است.

فشار استفاده می کنند. به این مخازن، مجموعۀ نفوذ یا انتشار گویند.

د( نفوذ در ظروف بسته

جریان مایع برای حرکت در اثر نیروی جاذبه خیلی زیاد باشد، از ظروف بسته استفاده می کنند. به چنین ظروفی گاهی پخش وقتی افت فشار

کننده نیز گویند. وقتی حلال خیلی فرار است و یا درجه حرارت، بالاتر از نقطه جوش نرمال حلال است، مخازن بسته برای جلوگیری از اتلاف

تند.ناشی از تبخیر لازم هس

ه( استخراج از جامد به صورت صافی فشاری

جامدات بسیار ریز را، تا حدی که مخازن نفوذ نسبتًا عمیق برای آن ها مناسبند، در صافی فشاری استخراج می کنند.

و( ظروف به هم زن

م سته و ناقص است را می توان با به هعبور مجرایی مانند حلال در استخراج بسترهای ثابت با نفوذ یا صافی فشاری که نتیجۀ آن استخراج آه

زدن جامد و مایع در ظروف استخراج از بین برد. این ظروف در صنایع شیمیایی و فلزی برای استخراج جامدات ریز کاربرد زیادی دارند.

روش های محاسبه

از کنید که جامد با مقدار حلالی بیش یک سیستم استخراج که به صورت ناپیوسته کار می کند را در نظر بگیرید. فرضبازدۀ مرحله ای:

آنچه برای حل شدن تمام حل شونده لازم است، استخراج شود و هیچگونه جذب سطحی حل شونده یا حلال توسط جامد وجود نداشته باشد.

ردن، و یا تخلیۀ اگر زمان کافی به حلال جامد داده شود، تمام حل شونده حل می شود. سپس با اعمال فیزیکی مانند ته نشینی، صاف ک

فازهای حل نشدنی از هم جدا می شوند. کل این سیستم به صورت یک مرحله عمل می کند. اگر جداسازی فیزیکی مایع و جامد کامل باشد،

در این صورت هیچ مقداری از حل شونده همراه با جامد خروجی نخواهد بود و جداسازی کاملی از حل شونده و جامد حل نشدنی صورت می

است؛ زیرا: %100)تعادل ایده آل( است. در عمل، بازده کمتر از %100د. این یک مرحلۀ تعادلی با بازدۀ گیر

حل شونده ناقص حل می شود. .1

مایع عملاً غیرممکن است. –جداسازی فیزیکی کامل جامد .2

ه آن معلق است، بستگی دارد که این موارد بویژگی های ته نشینی یا تغلیظ دوغاب به ویسکوزیته و دانسیتۀ نسبی مایعی که جامد در (1

غلظت محلول بستگی دارد.

بعضی از منحنی های تعادلی عبارتند از:( 2

را شامل می شوند. منحنی 1تا 0مقادیر 𝑥 و 𝑦حل می شود. بنابراین 𝐴به هر میزان در حلال 𝐶الف( مربوط به حالتی است که حل شوندۀ

یب نشان دهندۀ جامد جدا شده و محلول خارج شده در شرایط واقعی می باشند.به ترت 𝐺𝐻𝐽و 𝐷𝐹𝐸های

دیاگرام تعادلی حالت الف

که به طور نسبی در حلال حل می شود و هم مایعی که به طور ناقص ته نشین شده، خارج می شوند. بعضی از 𝐵در این حالت هم جامد

عمودی نیستند. این مورد مربوط به حالتی است که: 𝐹𝐻خطوط رابط مانند

زمان تماس برای حل شدن تمام حل شونده کافی نباشد. .1

حل شونده جذب شود. .2

حل شونده به طور نامساوی بین فازهای مایع و جامدی که در حالت تعادل هستند، توزیع شود. .3

ب( مربوط به حالتی است که جذب سطحی حل شونده وجود ندارد. بنابراین محلول خارج شده و محلول همراه جامد دارای غلظت یکسانی

𝑚است )ضریب توزیع 454همان خط 𝑥𝑦هستند و خط رابط عمودی است. در نتیجه این نمودار روی منحنی =𝑦∗

𝑥= 1)

دیاگرام تعادلی حالت ب

𝐵افقی، نشان دهندۀ ته نشینی یکسان به یک مقدار در تمامی غلظت های حل شونده می باشد. در این حالت محلول حاوی 𝐾𝐿خط

باشد. به این حالت جریان زیرین ثابت گویند.نمی

خطوط می رسد. 𝑥𝑠است. بنابراین غلظت محلول صاف شده حداکثر به 𝐴در حلال 𝑥𝑠ج( در این حالت حل شونده دارای حلالیت محدود

همگی از یک نقطه می گذرند. 𝑥𝑠رابط بین دوغاب و محلول صاف شده بعد از غلظت

دیاگرام تعادلی حالت ج

𝑇نقطۀ دارد را می دهد. 𝑀که بستگی به 𝑈و دوغاب 𝑆، محلول اشباع صاف 𝑀، مانند 𝑃𝑆در این حالت هر مخلوط طرف راست خط

عمودی 𝑥𝑦در نمودار 𝑃𝑆بیانگر غلظت جامد حل شونده خالص بعد از ته نشینی محلول اشباع است. از آن جایی که خطوط رابطه طرف چپ

رسم شده اند، جذب سطحی وجود ندارد.

اج فرق می کند.در استخراج جامداتی مانند چوب برحسب اینکه نفوذ در جهت موازی و یا عمود بر بافت ها باشد، سرعت استخر (3

حل شونده افزایش می یابد. –سرعت استخراج با افزایش کشش بین سطحی حلال (4

، هنگامی که زمان تماس ناکافی برای حل شدن تمام حل شونده به حلال داده شود، 𝑥𝑦در نمودار (5𝑦∗

𝑥 همواره بزرگ تر از یک است.

جامد داریم: –در عملیات استخراج مایع ( 6

معمولاً عمودی هستند. خطوط بست

خط تعادل معمولًا بر خط𝑦 = 𝑥 .منطبق است

.میزان جامد در فاز محلول خروجی معمولاً نزدیک به صفر است

جامد، حلال مادۀ حل شده را نمی تواند به هر میزان در خود حل کند. –در عملیات استخراج مایع ( 2

تر ر فرآیند استخراج از این جامد، حالتی که در آن جامد در مایع پخش می شود مناسباگر جامدی به صورت بستر غیرقابل نفوذ درآید، د( 8

است.

جامد این است که مقداری از مادۀ حل شونده در حلال حل نمی شود. –دلیل عمودی نبودن خطوط بست در عملیات استخراج مایع ( .

موجود در جامد در حلال حل شود. شوندهحلرم ار می شود که تمامی جدر استخراج از جامد، تعادل وقتی برقر( 10

کار برده می شود، عمل تحت فشار و در ظروف سربسته مناسب است.هحلال فرار ب هدر فرآیند استخراج از یک بستر جامد، وقتی ک( 11

محلول درآمده باشد تا مراحل آن ( وارد حلال شده و به صورت Solute( در فرآیند استخراج از جامد، باید کلیۀ جسم محلول در جامد )12

به صورت ایده آل عمل کرده و تعادل برقرار شود.

( در فرآیند لیچینگ عمودی و به موازات یکدیگرند این است که غلظت جسم حل شونده در هر دو Tie line( علت اینکه خطوط بست )13

فاز یکی است.

ط عمودی هستند که کل حل شونده در حلال حل شود و جذب سطحی حل ( در فرآیند استخراج جامد توسط حلال، زمانی خطوط راب14

شونده و یا حلال صورت نپذیرد.

ل شونده در جامد وارد حلال شده و به صورت محلول درآید، خطوط رابط عمودی می استخراج از جامد، زمانی که جسم ح ( در فرآیند15

شوند.

ع در تماس با جامد( و کاهش اندازۀ ذرات جامد )افزایش سطح انتقال جرم( مقدار ( با افزایش کشش سطحی محلول )افزایش میزان مای16

یابد.مانده در جامد افزایش میمحلول باقی

صورت بستر غیرقابل نفوذ درآید، در فرآیند استخراج از جامد باید جامد در مایع پخش شود.( اگر جامدی به12

نهایت هستند.دارای شیب بی( خطوط رابط در عملیات لیچینگ معمولاً 18

شدنی در محلولی که از طبقه خارج شود که غلظت جسم استخراجآل اطلاق می( تحت شرایطی ایدهstage( در لیچینگ به یک طبقه ).1

شدنی که ( یکسان باشد و در جسم استخراجunder flowشود )( با غلظت آن در محولی که همراه جامد خارج میover flowشود )می

مانده است، دیگر وجود نداشته باشد.باقی

فصل هشتم عملیات واحد: کریستالیزاسیون

مقدمه

تبلور، تشکیل ذرات جامد در فاز همگن است. تبلور با توجه به اینکه بلوری که در محلول ناخالص تشکیل می شود، خود خالص است و (1

همچنین روشی برای بدست آوردن مواد شیمیایی خالص در شرایط مطلوب است، کاربرد گسترده ای دارد. از این روش برای جداسازی کامل

ن استفاده می شود.جامد محلول از حلال آ

مهمترین هدف تبلور، محصول خوب با خلوص بالا است. (2

)یا: به مجموع بلورها و مایع مخلوط دوفازی محلول مادر و بلورهایی با اندازۀ مختلف که متبلورکننده را اشغال می کنند، ماگما گویند. ( به3

مانده در انتهای فرآیند(باقی

بلور، سازمان یافته ترین نوع مادۀ بی جان است. اگر در شرایط ایده آل، بلور در حال رشد تشابه هندسی خود را حفظ کند، به آن بلور ( 4

تغییرناپذیر گویند.

برای جداسازی کامل جامد محلول از حلال آن، باید از فرآیند کریستالیزاسیون استفاده کرد.( 5

گرمای تبلور با دما و غلظت تغییر می کند. معمولاً تبلور گرمازاست و( 6

شود.ممکن است محلول ابداً سرد نشود و از تبخیر حلال برای ایجاد فوق اشباع استفاده می در کریستالیزاسیون تحت خلاء( 2

تولید بلور

تولید بلور، عملی گرمازا است که گرمای آن با غلظت و دما تغییر می کند. (1

مراحل متوالی ایجاد بلور به صورت زیر است: (2

→ 𝐶𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑟 خوشه (جوانه ، جنین) → 𝐸𝑚𝑏𝑟𝑦𝑜 رویان → 𝑁𝑢𝑐𝑙𝑒𝑢𝑠 هسته 𝐶𝑟𝑦𝑠𝑡𝑎𝑙 بلور

مرحله لازم است: 2در تشکیل بلور (3

ایجاد ذره ای جدید )هسته زایی( .1

رشد آن تا رسیدن به اندازۀ ماکروسکوپی .2

پتانسیل محرک سرعت هسته زایی و رشد آن، فوق اشباع می باشد. فوق اشباع به یکی از سه روش زیر صورت می گیرد: (3

اگر با افزایش دما، حلالیت به شدت افزایش یابد، مانند بسیاری از نمک های معدنی و مواد آلی، محلول اشباع با سرد شدن فوق .1

اشباع می شود.

باشد، مانند نمک طعام، فوق اشباع را می توان با تبخیر یک قسمت از حلال ایجاد کرد.اگر حلالیت مستقل از دما .2

اگر نه سرد شدن و نه تبخیر مطلوب باشد، مثل وقتی که حلالیت خیلی زیاد است، با افزودن جزء سوم که به طریق فیزیکی عمل .3

( گویند.𝑠𝑎𝑙𝑡𝑖𝑛𝑔) می کند، فوق اشباع را ایجاد می کنند. این نوع فرآیند را نمک دار شدن

لاگر رسوب تقریباً کاملی موردنیاز باشد، می توان با اضافه کردن جزء سومی که با مادۀ حل شدۀ اصلی واکنش داده و یک مادۀ نامحلول تشکی

می دهد، مادۀ حل شدۀ جدیدی را به روش شیمیایی پدید آورد. این فرآیند رسوب کردن گویند.

موادی که با افزایش دما، قابلیت انحلال آن ها کاهش می یابد، دارای قابلیت انحلال وارونه هستند. (4

)توزیع اندازۀ ذرات( که مهمترین عامل در عمل کریستالیزاسیون است، با برهم کنش سرعت های هسته زایی و رشد 𝐶𝑆𝐷در ظرف تبلور (5

رژی است.تعیین می شود و مستقل از موازنۀ مواد و ان

در محلول اشباع شده یا نشده، رشد بلور و تشکیل هسته در محلول اتفاق نمی افتد. البته بلورهای خیلی کوچک از طریق ساییدگی تشکیل (6

می شوند که اگر محلول فوق اشباع شود، رشد می کنند.

ست، زمان قابل ملاحظه ای برای رسیدن به تعادل لازم است.اگر سرعت رشد بلور کم باشد، مانند مواقعی که محلول دارای گرانروی بالایی ا (2

اگر با افزایش دما، حلالیت به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یابد، فوق اشباع را می توان به صورت اختلاف دمای معادل بیان کرد، نه (8

اختلاف غلظت.

( محدودتر باشد، Crystal size distributionکریستال ها ) برای اینکه اندازۀ کریستال ها در محصول یکنواخت تر و طیف اندازۀ( .

بهتر است که مایع برگشتی از زیر ماگما وارد کریستالیزور شود.

Controlledدر داخل کریستالیزورهایی که لازم است کریستال ها در محصول اندازۀ معینی داشته باشند )به عبارت دیگر، شرایط ( 10

crystal size distribution .برقرار باشد(، اصل استفاده از اختلاف دانسیتۀ کریستال ها معمولاً به کار می رود

هسته زایی

سرعت هسته زایی، تعداد ذرات تشکیل شده در واحد زمان در واحد حجم ماگما یا محلول مادر بدون جامد است. این کمیت اولین پارامتر ( 1

را کنترل می کند. 𝐶𝑆𝐷جنبشی است که

ء بلورها را به سه دسته تقسیم بندی می کنند: هسته زایی کاذب، اولیه، و ثانویه.منشا (2

بلورهای خیلی کوچک تولید شده روی سطح دانه های بلور تولیدی در تبلورهای دیگر خیلی سریع محو می شوند و بعد در محلول فوق ( 3

اشباع رشد می کنند. به این حالت نسل اولیه گویند.

اذب در حالت فوق اشباع زیاد و یا با گردش ضعیف ماگما ایجاد می شود. این هسته زایی را با زائده های ناهنجار سوزنی یا هسته زایی ک( 4

نوع دیگری از رشد ناقص بلور، رشد پوششی است که در حالت فوق اشباع معتدل خارمانند )بلورهای ناقص( در انتهای بلور توصیف می کنند.

عمل نتیجۀ مسدود شدن محلول مادر در یک وجه بلور است. به وجود می آید که این

زایی در غیاب کریستال است و به دو دسته تقسیم می شود:زایی اولیه، هستههسته (5

الف( هسته زایی همگن: در این نوع هسته زایی، کریستال در یک فاز و بدون وجود ناخالصی تشکیل می شود. در اینجا هسته زایی در اثر

فوق اشباع رخ می دهد. این نوع هسته زایی به جز در بعضی از واکنش های رسوبی هیچ وقت اتفاق نمی افتد.وجود

ب( هسته زایی ناهمگن: این نوع هسته زایی در اثر وجود ناخالصی و یا کاتالیست در محلول رخ می دهد.

ویه گویند. انواع هسته زایی ثانویه عبارتند از:تشکیل هسته ها هنگامی که بلور در ماگما وجود دارد را هسته زایی ثان( 6

الف( هسته زایی با قطع سیال: این نوع هسته زایی در اثر تنش های ناشی از برش سیال می باشد.

یگری دب( هسته زایی تماسی: این نوع هسته زایی که در اثر برخورد کریستال با جسم دیگری مانند دیواره کریستالیزور، همزن و یا کریستال

حاصل می شود، رایج ترین نوع هسته زایی در ظروف متبلور صنعتی است، چون در فوق اشباع کم رخ می دهد.

هره ب این هسته زایی متناسب با توان اول فوق اشباع است نه توان بیستم و یا بیشتر که در هسته زایی اولیه وجود دارد. لذا کنترل آن در زمان

برداری آسان است.

لت کلی داریم:در حا (2

∆𝑇 < 4℃ → رشد خوب

4℃ < ∆𝑇 < 8℃ → رشد پوشیده

∆𝑇 > 8℃ → رشد شاخهای ، خارمانند

.اثر اندازۀ ذره بر حلالیت، عامل کلیدی در هسته زایی است (8

( نقش اساسی و عمده ای دارد. در Contact uncleationدر عملیات کریستالیزاسیون، دانه بندی ثانویه و در آن بین نوع برخورد )( .

نسبت به فوق اشباع می 1مورد کریستالیزاسیون بعضی از ترکیبات معدنی و همچنین آلی ثابت شده است که این نوع دانه بندی تابع درجه

یا بیشتر نسبت به فوق اشباع است. 2باشد، در صورتی که دانه بندی اولیه تابع درجه

باشد.زایی ناهمگن، در اثر وجود ناخالصی میزایی همگن در اثر وجود فوق اشباعیت و هستهیون، هسته( در فرآیند کریستالیزاس10

تعادل

یک بلور کوچک ممکن است با یک محلول فوق اشباع در تعادل باشد. چنین تعادلی ناپایدار است، چون اگر بلور درشتی در محلول باشد، بلور

تر آن قدر رشد می کند تا بلور کوچک محو شود. این موضوع را به عمل آوردن استوالد گویند.کوچکتر از هم می پاشد و بلور درشت

رشد بلور

این فرآیند از دو مرحله سری تشکیل شده است:( 1

مولکول ها یا یون های مادۀ حل شده با نفوذ در مایع، به سطح بلور در حال رشد برسند. .1

ند توسط واکنش، جذب سطح بلور شوند.مولکول ها یا یون هایی که به سطح می رس .2

سرعت رشد کریستال تابع فوق اشباع، دما، اندازۀ کریستال، و حضور ناخالصی است. (2

اگر بلورهای ماگما در میدان فوق اشباع یکنواخت و در دمای یکسان رشد کنند و همۀ بلورها از لحظۀ ایجاد شدن با سرعتی تحت تأثیر (3

لفوق اشباع رشد نمایند، در این صورت همۀ بلورها نه تنها نامتغیر، بلکه دارای رشد یکسان هستند که مستقل از اندازۀ آن ها است. این اص

𝐺گویند. در صورت برقراری این قانون 𝐿∆ را قانون ≠ 𝑓(𝐿) می باشد. رشد کل هر بلور در ماگما در فاصلۀ زمانی یکسان∆𝑡 با رشد کل

𝐿∆و بقیۀ بلورها یکسان است = 𝐺∆𝑡.

فضایی های تفاوت بین سرعت رشد مشاهده شده و سرعت رشد نظری، با نظریۀ جابجایی پیچی شکل فرانک توضیح داده می شود. شبکه( 4

واقعی تا کامل شدن فاصلۀ زیادی دارند و در آن ها نقایصی وجود دارد که به جابجایی مشهور است.

فصل نهم عملیات واحد: فیلتراسیون

مقدمه

صاف کردن یعنی خارج کردن ذرات جامد از یک سیال با عبور دادن سیال از یک محیط صاف کننده یا غشاء به طوری که جامدات بر (1

روی آن باقی بمانند. به جامد مرطوب حاصل، کیک و به سیال جداشده، فیلتریت گویند.

جرم قرار نمی گیرد؛ زیرا شامل انتقال مواد بین فازهای مختلف فیلتراسیون جزء عملیات مکانیکی می باشد که در گروه عملیات انتقال (2

نمی باشد.

جداسازی های مکانیکی که مبتنی بر تفاوت های فیزیکی بین ذرات از قبیل اندازه، شکل، یا چگالی است، در مخلوط های ناهمگن کاربرد (3

دارند، نه محلول های همگن.

ز گازها، قطرات مایع از گازها، جامدات از جامدات، و جامدات از گازها استفاده می شود.از فیلتراسیون برای جداسازی جامدات ا (4

شود.( در فیلترهای پیوستۀ دوار، اگر سرعت چرخشی افزایش یابد، شدت فیلتراسیون ابتدا افزایش یافته و سپس ثابت می10

انواع صافی

سیال به خاطر وجود اختلاف فشار در محیط صافی در آن جریان می یابد. صافی ها از نظر عملکرد به طور عمده به دو گونه اند: (1

صافی هایی که با فشار بیش از فشار جو در وجه بالایی صافی عمل می کنند )مانند صافی فشاری(. .1

ایینی عمل می کنند )مانند صافی خلاء(.صافی هایی که با فشار جو در وجه بالایی و خلاء در وجه پ .2

یکی از انواع صافی ها، صافی ثقلی می باشد که مایع موجود به کمک نیروی جاذبه از دوغاب حاوی ذرات جدا می شود. صافی ثقلی از نظر (2

کاربرد صنعتی محدود به تخلیۀ محلول از بلورهای خیلی درشت، تصفیۀ آب آشامیدنی و فاضلاب می باشد.

صافی های فشاری و خلاء با توجه به اینکه تخلیۀ جامدات صاف شده پیوسته یا منقطع باشد، پیوسته یا ناپیوسته اند. (3

جامداتی که قالب متخلخلی را تشکیل می دهند در دستگاه سانتریفوژ جدا می کنند. (4

صافی ها به سه گروه عمده تقسیم می شوند: (5

صافی های کیکی یا قالبی: .1

کیکی، مقادیر نسبتاً زیادی از مواد جامد را به صورت قالبی از بلور یا گِل جدا می سازد. در آن ها اغلب برای شستن قالب و خارج کردن صافی

مقداری از مایع از مواد جامد قبل از تخلیۀ پیش بینی هایی صورت گرفته است.

صافی شفاف کننده: .2

کم است و محصول یک گاز تمیز یا یک مایع شفاف و زلال می باشد. فرق صافی های در صافی های شفاف کننده، مقدار جامد جدا شده

شفاف کننده با الک ها در این است که قطر منافذ محیط صافی، خیلی بزرگتر از ذراتی است که جدا می شوند.

صافی با جریان متقاطع: .3

ت تقریبًا زیاد از عرض محیط صافی جریان می یابد.در صافی با جریان متقاطع، محلول سوسپانسیون خوراک تحت فشار و با سرع

فوق صافی )اولترافیلتراسیون(، یک صافی با جریان متقاطع است که دارای غشایی با سوراخ های زیادی می باشد. اولترافیلتراسیون در (6

جداسازی و تغلیظ ذرات کلوئیدی مولکول های درشت به کار می رود.

اصول صاف کردن

دن )تصفیه(، مقاومت ها در برابر جریان با گذشت زمان به علت مسدود شدن محیط صافی و یا افزایش قالب صافی افزایش در صاف کر( 1

می یابند. کمیت های عمدۀ موردنظر، شدت جریان صافی و افت فشار در واحد تصفیه می باشند. در تصفیه با گذشت زمان، یا شدت جریان

بد.کاهش و یا افت فشار افزایش می یا

در تصفیه با فشار ثابت، افت فشار ثابت نگه داشته می شود و شدت جریان با گذشت زمان کاهش می یابد. در تصفیه با سرعت ثابت، افت (2

فشار مرتبًا افزایش می یابد.

معمولاً ناچیز می در عمل فیلتراسیون دو مقاومت سری وجود دارد. مقاومت قالب )کیک( و مقاومت محیط صافی. مقاومت محیط صافی (3

باشد.

افت فشارها در محیط و قالب است. افت فشار کل در هر زمان، مجموع (4

در فیلتراسیون غیرپیوسته به کمک فیلترپرس، میزان مایع حاصل از فیلتراسیون همواره کمتر از میزان مایع موجود در خوراک ورودی ( 5

است.

( بی تغییر می ماند.Medium( افزایش یابد، مقاومت صافی )Slurryاولیه )در عمل فیلتراسیون هرگاه غلظت دوغاب ( 6

در فرآیند فیلتراسیون برای کیک های تراکم ناپذیر، مقاومت ویژه مستقل از افت فشار و مکان در لایه است.( 2

( با گذشت زمان تقریباً ثابت می 𝑅𝑚در عمل فیلتراسیون با سرعت ثابت، مقاومت قالب )کیک( با گذشت زمان افزایش و مقاومت صافی )( 8

ماند.

کیک های تراکم پذیر و تراکم ناپذیر

افزایش می یابد. 𝑃∆با 𝛼باشد، کیک تراکم ناپذیر است. معمولاً کیک ها تراکم پذیر هستند و 𝑃∆مستقل از 𝛼اگر (1

با رسم لگاریتم تغییرات افت فشار کیک برحسب لگاریتم زمان، شیب خط حاصل (21

𝑠−1 بدست می آید. 𝑠می باشد که از روی این مقدار،

یا مقاومت ویژه کیک را می توان از رسم 𝛼در عمل فیلتراسیون تحت فشار ثابت، ( 3𝑑𝑡

𝑑𝑣)عکس تغییرات حجم مایع صاف شده بر زمان( در

مقابل متوسط حجم مایع صاف شده و تعیین شیب خط بدست آورد.

تبعیت کند، تغییرات Cake filtration( در صورتی که فرآیند فیلتراسیون از مدل 4𝑑𝑡

𝑑𝑉 خطی خواهد بود. 𝑉برحسب