Šiame tinklaraščio įraše nagrinėjame, kodėl chemijos inžinerijoje atskyrimo technologija laikoma pagrindine technologija, lemiančia produkto kokybę ir gamybos sąnaudas.
Šių metų ryžių derlius atrodo prastas dėl dažnų liūčių. Nepaisant to, atėjus derliaus nuėmimo metui, kaimo vietovės alsuoja gyvybingumu. Tačiau įsivaizduokite, kas būtų, jei po džiaugsmingo derliaus nuėmimo sugedtų visos kuliamosios mašinos visoje šalyje ir nebūtų įmanoma atskirti ryžių grūdų. Ūkininkai iš karto susirūpintų dėl savo pragyvenimo šaltinio dėl neparduotinų ryžių. Mes vertiname valgomuosius grūdus, atskirtus nuo luobelės, o ne grūdus, kurie vis dar yra lukšte.
Panaši situacija yra ir chemijos pramonės srityje. Jei chemijos pramonę apibrėžia produktų gamyba iš žaliavų cheminių reakcijų būdu, tai šių reakcijų inicijavimas gali būti prilygintas ūkininkavimui, o norimos medžiagos atskyrimas nuo gauto produkto primena kūlimo procesą. Kaip kūlimas yra būtinas norint naudoti ryžius maistui, taip ir norimos medžiagos atskyrimo procesas yra lygiai taip pat svarbus. Iš cheminio reaktoriaus išeinantis medžiagų srautas turi ne tik norimą produktą, bet ir įvairių kitų medžiagų. Pačios žaliavos turi priemaišų, o jei įvyksta nepageidaujamos reakcijos, jų šalutiniai produktai taip pat turi būti pašalinti. Be to, nesureagavusios žaliavos tampa priemaišomis.
Šios priemaišos sukelia įvairių nepageidaujamų poveikių: sukelia nepageidaujamas reakcijas, blogina produkto mechanines savybes arba neigiamai veikia žmonių sveikatą ir aplinką. Todėl galima teigti, kad cheminių reakcijų metu susidaręs produktas turi būti atskirtas ir išgrynintas, kad taptų vertingu produktu.
Dažniausiai atskyrimo procesuose naudojamas aparatas yra distiliavimo kolona. Galbūt susimąstėte, kas yra ta aukšta, bokšto formos konstrukcija, kuri yra labiausiai pastebimas chemijos gamyklos išvaizdos bruožas. Ši konstrukcija, primenanti kaminą, bet neišskirianti dūmų, yra distiliavimo kolona. Kaip vanduo užverda 100 °C temperatūroje, taip kiekviena medžiaga turi savo virimo temperatūrą. Distiliavimas yra medžiagų atskyrimo metodas, pasinaudojant tuo, kad kiekvienos medžiagos virimo temperatūra skiriasi.
Distiliavimo pavyzdžių nesunku rasti kasdieniame gyvenime. Pavyzdžiui, distiliuoti spiritiniai gėrimai, tokie kaip viskis ar soju, gaminami koncentruojant alkoholį distiliavimo būdu. Alkoholis užverda maždaug 78 °C temperatūroje. Palaikant temperatūrą nuo 78 °C iki 100 °C, alkoholio komponentas lengviau išgaruoja. Tuo tarpu vandens komponentas išlieka skystas. Surinkus išgaravusius garus, gaunamas skystis su didele alkoholio koncentracija. Chemijos gamyboje šis distiliavimo principas taikomas daug didesniu ir sudėtingesniu mastu. Chemijos gamyklose naudojamos distiliavimo kolonos paprastai reikalauja didesnio nei 90 % grynumo, todėl jų dydis ir sudėtingumas labai skiriasi nuo tų, kurios naudojamos alkoholiui distiliuoti. Tačiau pagrindinis principas išlieka tas pats.
Kaip rodo distiliavimo kolonų dydis, atskyrimo procesų kaina gali būti didelė, kartais viršijanti pačios cheminės reakcijos kainą. Ypač produktams, kuriems grynumas yra labai svarbus, nėra neįprasta, kad atskyrimo proceso kaina sudaro daugiau nei 50 % galutinės produkto kainos, įskaitant žaliavų, transportavimo ir sandėliavimo išlaidas. Dėl šios priežasties atskyrimo procesai užima centrinę vietą chemijos inžinerijoje; kraštutiniais atvejais atskyrimas atliekamas be jokių cheminių reakcijų. Naftos perdirbimo procesas yra puikus pavyzdys, kai pagrindinis tikslas yra atskirti įvairius komponentus, jau esančius žalioje naftoje. Nors šiame procese iš dalies naudojamos cheminės reakcijos, iš esmės jis sutelktas į atskyrimą.
Be to, be distiliavimo, šiuo metu tiriamos įvairios atskyrimo technologijos. Pavyzdžiui, membraninio atskyrimo technologija selektyviai atskiria medžiagas dujinėje arba skystoje būsenoje, praleisdama jas per itin plonas membranas. Palyginti su distiliavimu, ši technologija sunaudoja mažiau energijos ir daro mažesnį poveikį aplinkai, todėl tai perspektyvi naujos kartos atskyrimo technologija.
Tuo tarpu adsorbcijos technologija atskiria medžiagas jas selektyviai adsorbuodama ant kieto paviršiaus, pirmiausia naudojama specifiniams teršalams iš oro ar vandens pašalinti.
Atskyrimo procesai yra ne tik esminė cheminių procesų dalis, bet ir atlieka lemiamą vaidmenį kituose pramonės sektoriuose. Pavyzdžiui, maisto perdirbimo srityje atskyrimo procesai taikomi siekiant pašalinti priemaišas iš gėrimų ar valgomųjų aliejų arba sukoncentruoti konkrečius komponentus iš žaliavų. Farmacijos pramonėje atskyrimo procesai yra būtini siekiant padidinti junginių grynumą kuriant naujus vaistus. Todėl atskyrimo procesų poreikis yra didžiulis įvairiose pramonės šakose, užtikrinant jų gaminamų produktų kokybę ir saugą.
Chemijos inžinerijoje atskyrimo procesai nėra tik vienas sekos žingsnis; jie yra kritiniai veiksniai, lemiantys galutinio produkto kokybę ir kainą. Be atskyrimo procesų cheminių reakcijų metu susidarančios medžiagos negali būti tinkamai panaudotos. Neteisingas atskyrimas gali pabloginti produkto savybes arba neigiamai paveikti aplinką. Atskyrimo procesai bus ir toliau tiriami ir plėtojami kaip pagrindinė chemijos inžinerijos sritis. Atskyrimo procesų technologija yra būtina norint, kad įvairūs žmonijos naudojami produktai būtų efektyvesni ir saugesni. Taip galime gauti geresnius produktus ir išlaikyti tvarią aplinką.
