Drying

www.kimyamuhendisi.com

3. TEMEL KAVRAMLAR 3.1 Kurutma Kurutma, bir maddeden (katı, sıvı, gaz) suyun veya bir sıvının uzaklaştırılması işlemidir. Kurutma işlemi, kurutulacak maddenin ısıtılması yoluyla gerçekleşmektedir. 3.2 Nem İçeriği Daha önce de belirtildiği gibi, kurutma işleminde ortamdan uzaklaştırılan şey sıvı bir madde, su veya başka bir madde olabilmektedir. Ancak pratikte daha çok söz konusu olan, suyun uzaklaştırılmasıdır. Bu nedenle aksi belirtilmediği sürece, burada nem kavramı, katı maddelerin içerdiği su miktarını, kurutma ise katı bir maddeden suyun uzaklaştırılması anlamında kullanılacaktır. Nem içeriği iki temele göre tanımlanabilmektedir : Yaş temele göre nem oranı : 1kg nemli maddenin taşımış olduğu su miktarıdır ve kg su/kg nemli madde şeklinde tanımlanmaktadır. Bu oran şu şekilde de ifade edilebilmektedir : Hw = Wd/(1 + Wd)

( 1)

Burada, Hw = yaş temele göre nem oranı, Wd = bir kg kuru maddenin taşıdığı nem miktarı (kg su/kg kuru madde) Kuru temele göre nem oranı : 1kg kuru madde başına düşen su miktarıdır ve kg su/kg kuru madde şeklinde ifade edilmektedir. Kuru temele göre nem oranı aşağıdaki bağıntı ile ifade edilebilmektedir : Hd = Ww/(1 - Ww) Burada,

( 2)

Hd = kuru temele göre nem oranı, Ww = bir kg yaş madde başına düşen nem oranı (kg su/ kg yaş madde). Nemi yüzde olarak hesaplamak için, yukarıda verilen ifadelerin 100 ile çarpılması gerekmektedir. Bu iki temele göre hesaplanan nem oranlarının birbirinden çok farklı olabileceğine dikkat etmek gerekmektedir. Örnek 1 : Yaş temele göre % 40 oranında nem içeren bir maddenin kuru temele göre nem yüzdesini bulunuz. Yaş temele göre %40 oranında nem, her 100 kg yaş maddenin 40 kg su taşıdığı anlamına gelmektedir. Ww = 40/100 = 0.4 kg su /kg yaş madde ( = %40 nem) Hd = 0.4/(1 - 0.4) = 0.666 kg su/ kg kuru madde ( %66.6 nem) Görüldüğü gibi nem oranı, yaş ve kuru temele bağlı olarak birbirinden hayli farklı olabilmektedirler. Bu iki temele göre hesaplanan nem oranlarının birbirleri ile ilişkileri Şekil 1’ de görülmektedir.

www.kimyamuhendisi.com

Şekil 1.Yaş ve kuru baza göre hesaplanan nem oranlarının dönüştürülmesi grafiği. Nem oranı bu iki temele göre hesaplanmasına karşın, kurutucu tasarımında daha çok kuru temele göre yapılan nem oranı kullanılmaktadır. Bir maddenin nem içeriğini kabaca iki grupta toplamak mümkündür : 1. Yüzey nemi 2. Bağlı nem Ancak bunların yanı sıra, bir çok nem tanımı bulunmaktadır. Bunlardan en çok kullanılanları aşağıda kısaca açıklanmıştır : 3.2.1 Yüzey Nemi Maddenin yüzeyinde fiziksel olarak bağlı olan nemdir. Daha çok maddenin herhangi bir şekilde su ile temasa gelmesi ve suyun yüzeyde tutulması şeklinde gerçekleşmektedir. Bu nem, maddenin 105oC’ da ısıtılmasıyla kolaylıkla uzaklaştırılabilmektedir. 3.2.2 Bağlı Nem Bağlı nem, maddenin yapısı içinde tutulan nemdir. Bu nem, yapıdaki kılcal kanallarda fiziksel olarak tutulan nemi, kristal suyu ve/veya kimyasal olarak bağlı olan suyu kapsamaktadır. Bu nemin uzaklaştırılması, yüzey nemine kıyasla çok daha zordur. Kurutma sürecinde ısı ve kütle aktarımı olayları bir arada gerçekleşmektedir. Daha sonraki bölümlerde tartışılacağı gibi, bu nemin uzaklaştırılması bir çok etken tarafından etkilenebilmektedir. Bazı maddelerde kristal veya kimyasal nemin uzaklaştırılması yapısal değişiklere de neden olabilmektedir. Örneğin, killerde ve boraks penta hidratta durum böyledir. 3.2.3 Serbest Nem Herhangi bir sıcaklıkta uzaklaştırılabilen nemdir. Bu nem, hem yüzey hem de bağlı nemi içerebilmektedir. 3.2.4 Denge Nemi

www.kimyamuhendisi.com

Belirli sıcaklık ve çevre atmosferi koşulları altından uzaklaştırılabilen nem miktarıdır. Bu nem, kurutmanın yürütüldüğü koşullara ve maddelerin özeliklerine bağlı olarak değişmektedir.