Művelettan 3 fejezete Impulzusátadás Hőátszármaztatás mechanikai műveletek áramlástani műveletek termikus műveletek aprítás, osztályozás ülepítés, szűrés hűtés, sterilizálás, hőcsere Komponensátadás anyagátadási műveletek extrakció, desztilláció, szárítás Anyagátadási műveletek A komponenstranszport által megvalósult diffúziós műveletek során a rendszer alkotórészei (komponensei) áramlanak egymáshoz képest egy fázison belül, vagy egyik fázisból a fázishatáron keresztül a másik fázisba, melynek következményeképpen a komponensek mennyiségi arányai, azaz a koncentrációk megváltoznak. 1
Az anyagátadási művelet céljai 1. nemkívánatos alkotórész eltávolítása (szárítással nedvességet, adszorpcióval színezőanyagot) 2. értékes komponens kinyerése (cukrot cukorrépából, olajat olajos magvakból) 3. komponens bejuttatása egy közegbe (páclé alkotórészeit a sonkába, cukrot a gyümölcsbe, kondicionálásnál vizet a gabonaszemekbe) 4. komponens kicserélése (ioncserélőgyantával vízlágyítás) KOMPONENS: (ALKOTÓRÉSZ) KEVERÉK: egy fizikai rendszernek az a része, amelynek anyaga független a többi részek anyagától két vagy több tiszta alkotórészből álló szilárd, cseppfolyós vagy légnemű halmazállapotú, fizikailag homogén rendszer 2
ELEGY: két vagy több tiszta alkotórészből álló cseppfolyós vagy légnemű halmazállapotú keverék. Ha az egyik komponens aránya jóval nagyobb (ez az oldószer), akkor az elegyet oldatnak nevezzük. KONCENTRÁCIÓ: (TÖMÉNYSÉG) keverékek, elegyek, oldatok összetételét jellemezzük vele. térfogat-koncentráció, c V tömegtört, c m móltört, x, y parciális nyomás, p 3
TÉRFOGAT-KONCENTRÁCIÓ az adott komponensnek a keverék (elegy, oldat) térfogategységére eső tömege kg-ban [kg/m 3 ], vagy anyagmennyisége kmol-ban kifejezve [kmol/m 3 ] TÖMEGTÖRT keverékek (elegyek, oldatok) esetén az egyes összetevők részarányát megadó szám: az egyes összetevők tömege kg-ban osztva az összes összetevő tömegével kg-ban [kg/kg] 4
MÓLTÖRT keverékek (elegyek, oldatok) esetén az egyes összetevők részarányát megadó szám: az egyes összetevők móljainak száma osztva az összes összetevő mólszámainak összegével x: kondenzált fázis, y: gáz(gőz) fázis K na ma xa =, na =, xi = 1 K M A i 1 n = i i= 1 PARCIÁLIS NYOMÁS ideális gázokban az egyes komponensek parciális nyomása akkora, mintha az egész térfogatot a szóban forgó komponens egyedül töltené ki. A gázkeverékek össznyomása a parciális nyomások összege. pv n p = nrt = cv =, p = c V RT V RT 5
HOMOGÉN RENDSZER egyenletes eloszlású rendszer, amelynek részei között semmiféle határfelület nincs INHOMOGÉN RENDSZER nem egyenletes eloszlású rendszer, amelynek részei között semmiféle határfelület nincs FÁZIS egy nagyobb heterogén fizikai rendszer felületekkel elkülöníthető egynemű tagja (fázis =? halmazállapot) FÁZISHATÁR képzeletbeli vagy valóságban is létező felület, amelyet átlépve a rendszer legalább egy tulajdonsága ugrásszerűen megváltozik 6
GIBBS-FÉLE FÁZISSZABÁLY Egyensúlyban lévő heterogén rendszer szabadsági fokainak száma 1 2 3 F K K K K összes állapotjelzők száma: 2 + K*F 2: nyomás és hőmérséklet K: komponensek száma F: fázisok száma K*F: koncentrációk száma GIBBS-FÉLE FÁZISSZABÁLY SZ = 2 + K*F - F - (F-1)K = 2 - F + K SZ + F = K + 2 SZ: szabadsági fokok száma azon állapotjelzők száma, amelyek értékét bizonyos határok között tetszőlegesen megváltoztathatjuk anélkül, hogy új fázis keletkezne, vagy már meglévő fázis eltűnne állapotjelzők: a rendszer azon fizikai tulajdonságai, amelyekkel a rendszer állapota egyértelműen jellemezhető (pl. p, t, c) 7
Egy- és többkomponensű rendszerek Fázisdiagram p kr 1 atm Szilárd H Folyadék A B C D Gőz E K Gáz A: SZ = 2 - F + K = 2-1 + 1 = 2 B: SZ = 2 - F + K = 2-2 + 1 = 1 H: SZ = 2 - F + K = 2-3 + 1 = 0 t f t kr Egy- és többkomponensű rendszerek 8