Keemiatehnika põhieksami konspekt (0)

1    1.  PÕHIOPREATSIOONID  Staatika:  •  Bilansid 
•  Tasakaal  Kineetika:  •  Soojusjuhtivuse v 
•  Soojusülekande v 
•  Soojusläbikande v 
1)  Fluidumi voolamine - käsitleb printsiipe, mis määravad fluidumi voolamise või transpordi ühest punktist  teise.   2)  Hüdromehaaniline separeerimine - käsitleb tahkete ainete, vedelike ja gaaside lahutamist mehaaniliste  meetoditega, nagu fitrimine, sadenemine, osakeste suuruse vähendamine.   3)  Soojusvahetus - käsitleb printsiipe, mis juhivad soojuse või energia akumulatsiooni või ülekannet ühest  punktist teise.   4)  Aurustamine  -  soojusvahetuse  erijuhtum,  milles  toimub  lenduva  lahusti  eraldamine  lendumatust  lahustunud ainest (soolast või teisest materjalist lahuses).   5)  Kuivatamine - lenduva vedeliku (vee) eraldamine tahkest materjalist.  
6)  Destillatsioon - vedeliksegude lahutamine, mis põhineb vedelike erinevatel keemistemperatuuridel, aur  vedelik tasakaalul.   7)  Absorptsioon  -  gaasisegude  lahutamine,  komponendi  viimine  gaasisegust  vedelfaasi.  Gaas-vedelik  tasakaalul põhinev protsess.   8)  Membraanlahutus  -  lahustunud  aine  eraldamine  vedelikust  difusiooni  teel  läbi  poolläbilaskva  membraani.   9)  Ekstraktsioon - vedelik-vedelik ekstraktsioon: Lahustunud aine eraldamine lahusest teise lahustisse, mis  ei lahustu alglahuses.   10) Adsorptsioon  -  komponendi  eraldamine  gaasist  või  vedelikust  selle  adsorbeerimisel  tahkele  adsorbendile.   11) Leostamine - komponendi eraldamine (lahustamine) tahkest peenestatud materjalist vedelikku.  
12) Kristallisatsioon - lahustunud aine eraldamine lahusest väljasadestamisega.  Seega sügavama klassifikatsiooni aluseks on ülekandeprotsessid:   •  Liikumishulga  ülekanne  -  liikumishulga  ülekanne  esineb  liikuvas  keskkonnas  (vedelike  voolamine,  sadenemine, segamine).  •  Soojusülekanne  - selles põhiprotsessis toimub soojuse levi ühest kohast. 
•  Massiülekanne - siin toimub massi ülekanne ühest faasist teise erinevasse faasi; põhi mehhanism nii  gaasi, tahke kui vedelfaasi kohta on sama.  2.  SEGAMINE  Segamise eesmärgid:   •  tahkete osakeste ühtlane jaotamine vedeliku mahus (suspensioonide saamine),   •  vedeliku (või gaasi) osakeste ühtlane jaotamine ja selle osakeste vähendamine kuni etteantud mõõtmeteni  teises vedelikus (emulsioonide saamine, aereerimine),   •  soojusvahetuse (töödeldavate ainete soojendamise või jahutamise) intensiivistamine,   •  massivahetuse intensiivistamine (lahustamisel jne).   Segamise meetodid:   •  Mehaaniline segamine – kasutatakse erinevate konstruktsioonidega segisteid. 
•  Pneumaatiline  segamine  –  kasutatakse  suruõhku  või  inertgaasi,  mille  barboteerimisel  läbi  vedeliku  vedelikukihid segunevad. Kasutatakse reaktsioonisüsteemides.   •  Ringlussegamine – kasutatakse düüse ja pumpasid.  
•  Staatiline  segamine  –  kasutatakse  vedeliku  läbipumpamist  spetsiaalsetest  suunavate  elementidega  seadmetest.  


2    2.1. Mehhaaniline segamine  Üldiselt segatakse vedelikke vertikaalsetes silindrilistes tankides või anumates. Tank võib olla pealt avatud või 
suletud.   Segamismahuti põhi on ümmardatud, mitte lame, et vältida teravaid 
nurki  ja  piirkondi,  millesse  vedeliku  voolud  ei  tungi.  Vedelikukihi 
kõrgus on ligikaudu võrdne  tanki diameetriga. Segisti on kinnitatud 
rippuvale  võllile  st  võllile,  mis  on  kinnitatud  ülalt.  Võlli  paneb 
pöörlema  mootor;  võll  võib  olla  kinnitatud  mootoriga  otse  või 
ülekandemehanismi  kaudu  (kiiruse  vähendamiseks).  Seadme  juurde 
kuuluvad  sisse-  ja  väljavooluliinid,  veesärgid,  andurite  hülsid, 
peegeldusseinad jne.  Segisti  (impeller)  tekitab  mingi  kindla  voolamise  struktuuri 
süsteemis, pannes vedeliku tsirkuleerima anumas.     2.2. Voolukuju segamisel ja lehtri tekkimine ning selle vältimine  Voolukuju  segamisel  sõltub  impelleri  tüübist,  vedeliku  omadustest,  tanki,  peegeldite  ja  segaja  suurusest  ja 
proportsioonidest. Vedeliku kiirusel suvalises vedeliku punktis segamistankis on kolm komponenti:   •  radiaalne, suunatud perpendikulaarselt impelleri võlliga,  
•  teljesuunaline (pikisuunaline), paralleelne võlliga,  
•  tangentsiaalne e rotatsiooniline, võlli ümber toimuva ringliikumise puutuja suunaline.   Kaks esimest kasulikud ja tagavad efektiivse segamise.  Kui võll on vertikaalne ja anuma tsentris, siis tangentsiaalne liikumine 
on  ebasoovitav:  põhjustab  vedeliku  ringliikumist  ümber  võlli  ja 
tekitab vedeliku keerise, lehtri.  Vedeliku lehtri tekkimise vältimiseks on järgmised viisid:   •  peegeldite kasutamine,   •  segisti viimine tsentrist välja või asetamine kaldu.    2.3. Segamise võimsuse leidmine.  VAJALIKU VÕIMSUSE LEIDMINE: Segistite projekteerimisel on oluline faktor segisti tööks vajalik võimsus.  Vajalik võimsus leitakse võimsusteguri kaudu:  𝑲𝑵 = 𝑵 𝝆𝒏𝟑𝑫𝟓   𝑛 - on ringkiirus, p/s; 
𝐷 – impelleri diameeter; 
𝜌 - keskkonna tihedus.   
Võimsustegur sõltub Re arvust ja segisti geomeetriast:  𝑲𝑵 = 𝒇(𝑹𝒆, 𝚪).  3.  KEEVKIHT  Keevkihi tunnuseks on see, et keevkihi olekus on materjal voolav. Kasutatakse kuivatamisel.  3.1. Hüdrodünaamilised režiimid fluidumi voolamisel läbi tahkete osakeste kihi  Joonisel on esitatud kolm põhilist tahketest osakestest koosneva kihi olekut sõltuvalt seda läbivast gaasi kiirusest. 


3    a)  liikumatu  (filtreeriv)  kihi  režiim;  gaasi  kiirus  mõõdukas, kihti iseloomustavad näitajad ei muutu 
gaasi kiiruse suurenemisel;   b)  keevkihi  režiim;  kui  gaasi  kiirus  ületab  mingi  kriitilise  väärtuse,  kihi  poorsus  ja  kõrgus 
hakkavad suurenema kiht muutub voolavaks ning 
läheb üle keevkihi olekusse.     Tahked  osakesed  paiknevad  kihis  kõikides  suundades  intensiivselt  ümber.  Kiiruse  edasisel  suurenemisel 
poorsus ja kõrgus suurenevad kuni kiirus saavutab uue kriitilise väärtuse;  
c)  kaasakande režiim; toimub osakeste pneumotransport koos gaasi vooluga. Tahked osakesed haaratakse  gaasi poolt kaasa ning viiakse välja.  ❖  Mida nimetatakse keevkihiks, kus kasutatakse?  
Keevkiht on puistematerjali kiht, milles tahked osakesed hõljuvad kihti läbiva fluidumi kineetilise energia mõjul. 
Tahkete osakeste suurus on vahemikus 1 μm kuni 6 cm.   Keevkihti  kasutatakse  puistematerjalide  transpordil  ja  segamisel,  tahke  kütuse  põletamisel,  soojusvahetus-, 
kuivatus- ja adsorptsiooniprotsessis, katalüütilistes protsessides.   Keevkihti iseloomustab kihi kõrgus, kihi poorsus ja gaasi liikumise kiirus.  Kihi poorsus ehk vaba mahu osa väljendab kihi osakeste vahelise vaba ruumi osa kihi mahu ühes ruumalaühikus.  ❖  Keevkihi tekkimine, gaasi kriitiline ja kaasakandekiirus?  Keevkiht tekib kui kihi takistus saab võrdseks kihi raskusjõuga pinnaühiku kohta.   Gaasi kiirus e fiktiivne kiirus  𝒖𝟎 Gaasi tegelikku kiirust tahkete osakeste vaheliste kanalites on raske määrata,  seetõttu kasutatakse kiirust, mis on mahtkulu suhe kihi ristlõikepinna pindalasse:  𝒖𝟎 = 𝚯
𝑨   𝑢0  -  on  kiirus  tühja  kolonni  (või  seadme) 
ristlõikepinna või vaba rõhtpinna kohta. 
𝑢 on keskmine kiirus kihis.    Keevkihi-  ja  kaasakandekiirus  -  soovitatav  on  määrata  katseliselt.  Arvutuslikult  saab  nii  keevkihi  kui  ka 
kaasakandekiiruse leida Re väärtuse kaudu.  𝑹𝒆 = 𝒖𝟎 ∙ 𝒅 ∙ 𝝆 𝝁   𝑢0 - gaasi fiktiivne kiirus (mahtkulu jagatud kolonni ristlõikepindalaga); 
𝑑  –  kihi  osakese  mõõt  (sellise  kera  diameeter,  mille  ruumala  võrdub  kihi  osakese 
ruumalaga); 
𝜌 ja 𝜇 - keskkonna tihedus ja viskoossus.  ❖  Kuidas mõõdetakse kihi takistust? 
Mõõdetakse diferentsiaalmanomeetriga, kõige lihtsam on U-toru. 
Kihi takistust mõõdetakse rõhkude vahega enne ja pärast kihti. Pa  
Raskusjõuga pinnaühiku kohta N/m2 e Pa.  ❖  Kuidas muutub kihi takistus fluidumi kiiruse suurenemisel? 
Takistus suureneb fluidumi voolukiirusega.   ❖  Millistel tingimustel keevkiht tekib? (Joonis 4.2 - keevkihi takistuse sõltuvus õhu fiktiivsest kiirusest. Osata  selgitada, kuidas jooniselt kriitiline kiirus leitakse) 


4    Kiiruse  suurenemisel  takistus  (Δp)  suureneb, 
kuna takistus tekib ainult siis kui fluidum voolab. 
Ja  mida  suurem  on  kiirus,  seda  suurem  on 
takistus. 
Kui  takistus  saab  võrdseks  kihi  kaaluga 
pinnaühiku  kohta,  siis  tekib  keevkiht  ja  kiirust 
nimetatakse kriitiliseks kiiruseks.  Kuidas kiht ise käitub? 
Niikaua kui meil on esimene režiim – liikumatu 
kihi, siis kihi kõrgus praktiliselt ei muutu. Kui on 
keevkiht, siis kihikõrgus hakkab muutuma, kuna 
õhu  liikumise  tõttu  osakesed  eemalduvad 
üksteisest ja vaba maht suureneb.     Miks takistus ei suurene? 
Kiirus suureneb aga takistus ei suurene, kuna vaba maht suureneb.  ∆𝑃ℎõõ𝑟𝑑𝑒 = 𝜆 𝑙 𝑑 ∙ 𝑢2 2𝑔 ⇒ 𝐾𝑢𝑖 𝑢 ↑, 𝑠𝑖𝑖𝑠 𝑘𝑎 𝑑 ↑  Kiiruse kasv viib rõhu kasvuni  𝑢 ↑= ∆𝑝 ↑, kuid vaba mahu osa suurenemine viib rõhu vähenemiseni 𝑑 ↑= ∆𝑝 ↓.  Seetõttu rõhk ei suurene kui kiirus suureneb.  4.  HÜDROMEHAANILISED SEPAREERIMISPROTSESSID  Mittehomogeenne  e  heterogeenne  süsteem  –  süsteem,  mis  koosneb  kahest  või  enamast  füüsiko-keemiliselt 
mittehomogeensest  (erinevates  agregaatolekutes)  faasist.  Faasid,  millest  süsteem  koosneb,  võivad  olla 
mehaaniliselt üksteisest eraldatud.   Iga heterogeenne binaarne süsteem koosneb kahest faasist:   •  dispersne e sisemine faas, mis on väikeste osakeste kujul,  
•  pidev e välimine faas, mis on dispersioonikeskkonnaks, milles on jaotunud dispersse faasi osakesed.  Suspensioon – heterogeenne süsteem, mis koosneb vedelikust ja selles hõljuvatest tahketest osakestest.   Emulsioon  –  heterogeenne  süsteem,  mis  koosneb vedelikust  ja selles  jaotunud  teise  vedeliku  tilkadest,  mis  ei 
segune esimese vedelikuga.   Vaht – süsteem, mis koosneb vedelikust ja selles jaotunud gaasimullidest.   Tolm ja suits – süsteemid, mis koosnevad gaasist ja selles jaotunud tahke aine osakestest.   •  Tolm tekib tavaliselt tahke aine osakeste mehaanilisel jaotamisel (purustamisel, segamisel, transpordil).  
•  Suits tekib auru kondensatsioonil s.o auru üleminekul vedelasse või tahkesse olekusse, kusjuures tahked  gaasis hõljuvad osakesed.   Udu – hetrogeenne süsteem, mis moodustub auru kondensatsioonil, kui tekivad vedeliku tilgad, mis moodustavad 
dispersse faasi.   Tüüpilised heterogeensed süsteemid  Pidev faas   Dispersne faas   Nimetus   Märkusi   Gaas   Tahked osakesed   Tolm  
Suits   Mehaaniline gaasiline süsteem   Gaas   Vedelik   Udu   Kondenseerunud gaasilised süsteemid, aerosoolid   Vedelik   Tahked osakesed   Suspensioon:  
Jäme     peen    hägu     Kolloidlahus  Tingimusel, et tekib Browni liikumine  Vedelik   Vedelik   Emulsioon     


5    Vedelik   Gaas   Vaht      Heterogeensete süsteemide separeerimise operatsioonid  Põhiline  liikumapanev  jõud   Süsteem   Operatsioon   Aparaat   Raskusjõud   Gaas-tahke  
Vedelik-tahke   Sadenemine  
Settimine   Tolmusadestuskamber  
Settija   Rõhkude vahe   Vedelik-tahke   Filtrimine   Filter   Tsentrifugaaljõud   Gaas-tahke  
Vedelik- tahke  
Vedelik-tahke   Sadenemine  
Sadenemine  
Filtrimine või sadenemine   Tsüklon  
Hüdrotsüklon  
Filtriv  tsentrifuug,  sadestav  tsentrifuug   Elektrivälja jõud   Gaas-tahke   Sadenemine   Elektrofilter   Helivälja jõud   Gaas- tahke   Sadenemine   Ultrahelisireen   4.1. Filtrimine  Filtrimine on mehaaniline põhioperatsioon tahkete osakeste eraldamiseks fluidumist, mida teostatakse vedeliku 
juhtimisega  läbi  poorse  filtriva  keskkonna  (filtri).  Kasutatakse  nii  vedelik-tahke  kui  ka  gaas-tahke  süsteemide 
separeerimiseks.   Filter laseb fluidumi läbi ja hoiab tahked osakesed kinni. Fluidum voolab läbi filtri tänu rõhkude erinevusele, 
raskusjõule või tsentrifugaaljõule.  𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑖𝑚𝑖𝑠𝑒 𝑘𝑖𝑖𝑟𝑢𝑠 = 𝑙𝑖𝑖𝑘𝑢𝑚𝑎𝑝𝑎𝑛𝑒𝑣 𝑗õ𝑢𝑑 𝑡𝑎𝑘𝑖𝑠𝑡𝑢𝑠   Filtrimise liikumapanevaks jõuks on rõhkude vahe Δp enne filterpinda suspensioonis ja peale filterpinda.  Filtreerimise meetodid (mehhanismi järgi):  •  Pindfiltrimine  e  kookfiltrimine  –  vedelik  läbib  järjest 2 takistavat kihti – filterkoogi ja filterpinna.  •  Mahtfiltrimine e sisemine filtrimine - eraldatakse  väikesi  tahke  aine  koguseid  vedelikest.  Tahked 
osakesed  eraldatakse  ja  immobiliseeritakse  filterkeskkonna poorides pinnajõudude toimel. Selle 
tulemusel filterpinna pooride diameeter väheneb.  •  Membraanfiltrimine – nt pöördosmoos. Lahutatav  suspensioon  voolab  paralleelselt  membraani  pinnaga.  Permeaat  läheb  risti  voolu  pinnaga 
membraanist läbi. Osakesed, mis membraanist läbi ei 
lähe  jäävad  vedelikku.  Tekib  kontsentreeritud 
suspensioon.    4.1.1. Pindfiltrimine  Pindfiltrimise protsessi etapid:   •  filtrimine,   •  filterkoogi pesemine,   •  filterkoogi eraldamine.    Et  vältida  filterkoogi kokkusurumist  ja  ummistust  kasutatakse filtrimise  abiaineid  –  inertseid poorseid  aineid, 
mida lisatakse suspensioonile enne filtrimist või kantakse filterpinnale.  


6    Filtrimist on võimalik läbi viia:  •  konstantse Δp juures; 
•  konstantse filtrimise kiiruse ΔV juures.  Üldine rõhukadu filtris Δp on:  ∆𝒑 = ∆𝒑𝒇𝒌 + ∆𝒑𝒇𝒑  ∆𝑝𝑓𝑘 – rõhukadu filterkoogil; 
∆𝑝𝑓𝑝 – rõhukadu filterpinnas.  Vaatleme filtrimise mudelit, kus kõik filterpinna ja filterkoogi (sademe) pooride on ühetaolised ja filtraat liigub 
nendes poorides laminaarselt. Siis filtri hüdraulilist takistust arvutada Hagen-Poisseuille´i võrrandiga:  𝒉𝒉õõ𝒓𝒅𝒆 = 𝟑𝟐 ∙ 𝒍 ∙ 𝒖 ∙ 𝝁 𝝆 ∙ 𝒈 ∙ 𝒅𝟐   ∆𝒑𝒉õõ𝒓𝒅𝒆 = 𝟑𝟐 ∙ 𝒍 ∙ 𝒖 ∙ 𝝁 𝒅𝟐   ∆𝑝ℎõõ𝑟𝑑𝑒 – hõõrdesurvekadu; 
𝑙 – kanalite pikkus; 
𝑢 – filtraadi keskmine kiirus kanalites; 
𝜇 – filtraadi dünaamiline viskoossuskoefitsent; 
𝑑 – kanalite diameeter.  Filtrimise kiirus on võrdeline liikumapaneva jõuga ja pöördvõrdeline filtrimise takistusega:  𝒅𝑽 𝒅𝝉 = ∆𝒑 𝑹   𝒅𝑽 𝒅𝝉 = ∆𝒑 𝝁(𝑹𝒇𝒌 + 𝑹𝒇𝒑)     𝑑𝑉 – on aja d jooksul 1 m2 filterpinna kohta saadud filtraadi hulk,𝑚3 𝑚2 ⁄ ;  𝑑𝑉 𝑑𝜏  – filtrimise kiirus,  𝑚3 (𝑚2 ∙ 𝑠) ⁄ ;  ∆𝑝 – protsessi liikumapanev jõud, Pa; 
𝑅 – filtrimise takistus, (𝑁 ∙ 𝑠) 𝑚3 ⁄ ;  𝑅𝑓𝑘, 𝑅𝑓𝑝 – filterkoogi ja filterpinna takistus, m -1;  𝜇 – filtraadi dünaamiline viskoossuskoefitsent 𝑃𝑎 ∙ 𝑠.  4.1.2. Filtrimise viisid  Filtrimise võrrand konstantse p korral:  ∆𝒑𝝉 = 𝝁𝒓𝟎𝒙𝟎 𝑽𝟐 𝟐 + 𝝁𝑽  ∆𝑝 – protsessi liikumapanev jõud, Pa; 
𝜏 – aeg, s; 
𝜇 – filtraadi dünaamiline viskoossuskoefitsent 𝑃𝑎 ∙ 𝑠; 
𝑥0 – sademe mahu suhe filtraadi mahtu; 
𝑟0 – filterkoogi mahuline takistus, m -2;  𝑉 – filtreerimise kiirus, 𝑚 𝑠 ⁄ .  𝑟0 - iseloomustab takistust, mida avaldab vedelfaasile ühtlase kihiga filterkook kõrgusega 1 m.  Filtrimise võrrand konstantse V korral:  ∆𝒑 = 𝝁𝒓𝟎𝒙𝟎𝝎𝒇 𝟐𝝉 + 𝝁𝑹𝒇𝒑𝝎𝒇  ∆𝑝 – protsessi liikumapanev jõud, Pa; 
𝑥0 – sademe mahu suhe filtraadi mahtu; 
𝑟0 – filterkoogi mahuline takistus, m -2;  𝜔𝑓 – filtrimise kiirus, 𝑚 3 (𝑚2 ∙ 𝑠) ⁄ ;  𝜏 – aeg, s; 
𝑅𝑓𝑝 – filterpinna takistus, 1 𝑚 ⁄ .  Kui  𝜔𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, kasvab p filtrimise aja suurenemisel. 


7    4.1.3. Filtrite konstruktsioone –mikrotrummelfilter (joonis 5.5 ja 5.7), selle tööpõhimõte.  Filterpinnale  juhtakse  toide,  filtritakse,  filterkook  pestakse, 
kuivatamine, uus pesutsükkel, kuivatamine, filterkoogi eraldamine 
ja filterpinna puhastamine. Pesad liiguvad ümber vaakumi ja järjest 
ühendatakse vaakumiga.        Plaatfilterpress  koosneb  raamile  toetuvast  otsplaadist,  liikuvast 
tõukurplaadist  ja  püstplaatide  paketist.  Töötsükkel:  press 
täidetakse,  survestatakse,  avatakse,  kook  eemaldatakse,  press 
suletakse.  Plaadid surutakse kokku ja nende vahele viiakse suspensioon. Igale 
plaadile  tekitatakse  vaakum,  et  liigset  vedelikku  eemaldada. 
Plaatide keskel on tühimik, mis paisub, eemaldades veel vedelikku 
suspensioonist. Õhk juhtakse läbi filterkoogi selle kuivatamiseks. 
Plaadid avatakse ja kuivanud kook eemaldatakse.    4.2. Sadenemine  Sadenemine  on  heterogeensete  süsteemide  lahutamine  raskusjõu  toimel.  Võib  toimuda  suhteliselt  väikeste 
voolukiiruste juures. Tähtsad parameetrid on sadenemiskiirus, heterogeense süsteemi viibimisaeg seadmes ning 
saadud osakeste suurus. Sadenemist saab oluliselt kiirendada, kasutades tsentrifuugi.   Sadenemist raskusjõu mõjul nimetatakse samuti gravitatsiooniliseks sadenemiseks.  4.2.1. Osakeste liikumine fluidumis  Laminaarsel voolamisel väikeste voolamise kiiruste ja osakeste väikeste mõõtude juures on keha ümbritsetud 
vedeliku piirkihiga ning voolamine ümber keha toimub sujuvalt. Energiakaod on tingitud hõõrdetakistusest.   Turbulentse voo tekkimisel omandavad järjest suuremat osa inertsijõud. Nende toimel piirkiht rebitakse keha 
pinnalt eemale, vahetult keha taga rõhk väheneb ja seal tekivad keerised. Seejuures rõhkude vahe voolamise suhtes 
keha esipinnale ja tagumisele pinnale suureneb. Teatud Re väärtusest alates väljakujunenud turbulentses režiimis 
võib hõõrdetakistust mitte arvestada, kuna valdavaks jõuks muutub takistusjõud keha esipinnal.  Vabal sadenemisel määratakse sadenemiskiirus üksiku kerakujulise osakese näitel. 
Jõud, mille toimel osake liigub, on raskusjõu  𝐹𝐺 ja üleslükkejõu 𝐹𝐴 vahe:  𝑭𝑮 − 𝑭𝑨 = 𝝅𝒅𝟑 𝟔 (𝝆 − 𝝆𝒌𝒆𝒔𝒌𝒌)𝒈  𝜌  ja  𝜌𝑘𝑒𝑠𝑘𝑘  -  on  vastavalt  osakese  ja  teda  ümbritseva  keskkonna 
tihedused; 
𝑑 – osakese diameeter.  Voolava keskkonna poolt kehale avaldatav takistusjõud: 


8    𝑭𝒕 = 𝝇 𝝅𝒅𝟐 𝟒 ∙ 𝝆𝒌𝒆𝒔𝒌𝒌𝒖𝒔 𝟐 𝟐   𝜍 - on keskkonna takistuskoefitsient; 
𝜋𝑑2 4  – on kerakujulise osakese projektsiooni pindala voolu suunaga risti  oleval pinnal; 
𝑢𝑠 - on osakese sadenemise kiirus.  4.2.2. Sadenemiskiirus ja selle määramine  Sadenemise algmomendil osake liigub teatud kiirendusega. Kiiruse suurenemisel kasvab keskkonna takistus ja 
vastavalt väheneb kiirendus. Siis saabub tasakaal: takistusjõud  𝐹𝑡 saab võrdseks jõuga , mille toimel osake liigub  ( 𝐹𝐺-𝐹𝐴), saabub dünaamiline tasakaal. Alates sellest hetkest osake liigub ühtlaselt, püsiva kiirusega. Seda kiirust  𝑢𝑠 nimetatakse osakese sadenemise kiiruseks.  Seega on sadenemiskiirust võimalik avaldada liikuvale osakesele mõjuvate jõudude võrdsuse tingimusest, kust 
tuletatakse avaldis osakese sadenemiskiiruse  𝑢𝑠 arvutamiseks:  𝒖𝒔 = √ 𝟒𝒈𝒅(𝝆 − 𝝆𝒌𝒆𝒔𝒌𝒌) 𝟑𝝇𝝆𝒌𝒆𝒔𝒌𝒌   Takistuskoefitsent  𝜍 = 𝑓(𝑅𝑒)   4.2.3. Diferentsiaalne sadestamine  Osakeste jaotamine fraktsioonideks osakeste sadestamiskiiruste järgi.  Koonsuklassifikaatoriga  saab  osakesi  jagada  suuruse  järgi. 
Osakesed  sadenevad  raskusjõu  tõttu.  Suurematele  osakestele 
mõjub  suurem  g  ja  seetõttu  sadenevad  kiiremini.  Kui  voolu 
ristlõike  pindala  on  suurem,  siis  osakeste  kiirus  väiksem. 
Väiksemad osakesed sadenevad kauem.    4.2.4. Tsentrifugaalsadestamine  Sadenemist  tsentrifugaaljõu  toimel  kasutatakse  kui  gravitatsiooniline  sadenemine  osutub  mitte  piisavalt 
efektiivseks. Seda juhtub, kui osakeste tihedus on lähedane keskkonna tihedusele ja osakeste läbimõõt on väiksem 
kui 5m. Selliseid osakesi saab eraldada emulsioonidest või suspensioonidest tsentrifugaaljõu väljas.  Tsentrifugaaljõudude  väli  moodustub  lahutatava  süsteemi  pöörleval  liikumisel  kiirendusega,  mis  on  kümneid 
kordi  suurem  vaba  langemise  kiirendusest.  Osakeste  pöörleval  liikumisel  aparaadis  (näiteks  hüdrotsüklonis) 
paiskab tsentrifugaaljõud osakese pöörlemisteljelt seina suunas kiirusega, mis on võrdne sadenemiskiirusega.  Tsentrifugaaljõud:  𝑭𝒕𝒔 = 𝒎𝝎𝟐 𝑹 = 𝒎𝒏𝟐𝑹  𝜔 – ringliikumise kiirus, m/s; 
𝑅 – osakese pöörlemisraadius, m; 
𝑛 – nurkkiirus, 1/s.  Raskusjõud: 
𝑭𝒈 = 𝒎𝒈  Tsentrifugaaljõud ületab raskusjõu  𝐾𝑒 korda  𝑲𝒆 = 𝑭𝒕𝒔 𝑭𝒈 = 𝒎𝝎𝟐 𝑹𝒎𝒈 = 𝒎𝒏𝟐𝑹 𝒎𝒈   kus  𝐾𝑒  on  eraldusfaktor,  mis  näitab  mitu  korda  on  tsentrifugaaljõud  raskusjõust  mittehomogeense  süsteemi  lahutamisel efektiivsem. 


9    4.2.5. Tsüklon ja selle tööpõhimõte  Tsüklon  on  tsentrifugaalseparaator,  milles  osakesed  surutakse  oma  massi  tõttu 
tsentrifugaaljõu  mõjul  välisservadesse.  Õhus  olevad  osakesed  surutakse 
välisservadesse  ja  lahkuvad  separaatorist  separaatori  põhjale  paigaldatud 
kogumisseadme kaudu.  Tsüklonseparaatorid töötavad sarnaselt tsentrifuugiga, kuid pideva määrdunud õhu 
toitega.  Tsüklonseparaatoris  juhitakse  gaas  kambrisse.  Kambri  sisemus  tekitab 
spiraalse keerise, mis sarnaneb tornaadoga.  Selle  gaasi  kergematel  komponentidel  on  väiksem  inerts,  nii  et  neid  on  kergem 
keerisest  mõjutada  ja  sellest  ülespoole  liikuda.  Seevastu  tahkete  osakeste 
suurematel komponentidel on suurem inerts ja neid ei mõjuta keeris nii kergesti.  Kuna  nendel  suurematel  osakestel  on  raskusi  gaasi  kiire  spiraalse  liikumise  ja 
keerise järgimisega, põrkuvad osakesed konteineri siseseinte vastu ja kukuvad alla 
kogumispunkrisse.  Need  kambrid  on  kujundatud  tagurpidi  koonuse  kujul,  et 
soodustada  nende  osakeste  kogumist  mahuti  põhja.  Puhastatud  gaas  väljuvad 
kambri ülaosast.    4.2.6. Sadestustsentrifuug  Kooniline  struktuur  ja  sees  on  koonilised  taldrikud.  Kui 
lähte  suspensioon  sisse  antakse,  siis  nad  liiguvad  keskelt 
alla.  Koonilise  osa  pöörlemise  tõttu  liiguvad  suurema 
tihedusega tahked osad vastu diski ning sealt tahkise hoiu 
ruumi.  
Puhas vedelik liigub tsentraalsesse väljundavasse.      5.  SOOJUSLEVI  Soojuslevi  on  inseneriteaduse  valdkond,  mis  tegeleb  energia  muundumise  uurimisega/kirjeldamisega 
(termodünaamika) ja energia ülekandumise mehhanismide uurimisega/kirjeldamisega.  Soojuslevi  (soojusvahetuse)  liikumapanevaks  jõuks  on  kahe  keha  (soojuskandja)  temperatuuride  vahe  T1-T2, 
soojus kandub loomulikul teel soojemalt kehalt külmemale, vastupidise liikumise tekitamiseks (nt soojuspumbas) 
on vaja kulutada lisaenergiat. Soojusvahetuse käigus kuumema soojuskandja temperatuur väheneb ja külmema 
oma  tõuseb;  juhul,  kui  protsess  toimub  piisavalt  kaua,  kahe  soojuskandja  temperatuur  saab  ühesuguseks. 
Keemiatööstuses soojusvahetust saab vaadata nii eraldiseisva põhioperatsioonina kui ka teiste protsesside, nagu 
näiteks, aurustamine, kuivatamine ja destillatsioon, tähtsa koostisosana.  5.1. Soojusvahetusprotsessid  Oma mehhanismi järgi soojusleviprotsesse saab jaotada järgmiselt:   Soojusjuhtivuse  e  konduktsiooni  korral  soojusenergia  levib  aine  mikroosakeste 
soojusliikumiste tulemusena, kus mikroosakesed liikumisel puutuvad pidevalt kokku.  
Osakeste  vaheliste  interaktsioonide  tulemusena  toimub  energia  ülekanne  suurema 
energiaga  osakestelt  väiksema  energiaga  osakestele.  Seega  soojuse  levi  toimub  aine 
mikroosakeste  soojusliikumise  tulemusel  s.o  kineetilise  energia  ülekandmisega  ühelt 
osakeselt teisele. 
Gaaside või vedelike korral toimub molekulide liikumine, tahkete kehade korral toimub 
kristallvõre võnkumine, metallides – vabade elektronide liikumine.   Soojusjuhtivus on peamine soojuslevi mehhanism tahketes kehades.   


10    Soojusülekanne  e  konvektsioon  toimub  gaasides  ja  vedelikes  makroskoopiliste  osade 
liikumisel, kusjuures kõrgema temperatuuriga osad segunevad madalama temperatuuriga 
osadega  andes  samal  ajal  nendele  üle  soojuse.  Sellisel  moel  toimub  ka  soojusvahetus 
fluidumi ja tahkete kehade vahel.  Briiside  tekkimine,  keetmine,  vereringlus,  õhukonditsioneer,  radiaator,  külmkapp, 
kuumaõhupall.    Soojuskiirgus on soojuse ülekanne ühelt kehalt teisele soojus- e infrapunakiirgusena, mis 
kujutab  endast  elektromagnetkiirguse  liiki.  Erinevalt  teistest  soojusvahetuse  liikidest  ei 
vaja  soojuskiirgus  oma  toimumise  jaoks  füüsikalist  keskkonda,  vaid  saab  toimuda  ka 
vaakuumis. Näiteks, sellisel viisil saavad Maa ja teised planeedid soojust Päikese käest.    5.2. Statsionaarne soojusjuhtivus  Soojuslevi  saab  kirjeldada  kineetikavõrranditega,  mis  võimaldavad  arvutada  ülekantavat  energiahulka. 
Konduktsiooni korral on see kineetikavõrrand tuntud kui Fourier’ seadus.   Fourier´  soojusjuhtivuse  seadus:  soojusjuhtivuse  teel  läbi  soojusvooga  risti  asetseva  pinna  dA  ajaühiku  d   jooksul ülekantav soojushulk dQ on võrdeline temperatuuri gradiendiga dT/dn, pinnaga dA ja ajaga d .  Statsionaarse soojusjuhtivuse korral ühemõõtmelise seina (või liikumatu fluidumi kihi) jaoks, on kineetikavõrrand 
järgmine:  𝒅𝒒 𝒅𝑨 = −𝒌 𝒅𝑻
𝒅𝒏   𝑞 – soojuse kulu (soojusvoo kiirus), J/s; 
𝐴 – isotermilise pinna pindala, m2; 
𝑇 – temperatuur, K; 
𝑛 – normaalisuunaline kaugus pinnast, m; 
𝑘 – soojusjuhtivustegur, W/(m*K)  𝑞
𝐴  – soojusvoog, W/ m2;  𝑑𝑇
𝑑𝑛  – temperatuuri gradient n suunas.    “-“ märk näitab, et kui antud suunas on soojusvoog positiivne, siis temperatuur selles suunas väheneb.  Soojusjuhtivustegur  k  [ 𝐽 𝑚∙𝑠∙𝐾 = 𝑊 𝑚∙𝐾 ]  näitab,  kui  suur  hulk  soojust  kantakse  ajaühikus  läbi  ühikulise  soojusvahetuspinna  ühikulise  temperatuurigradiendi  korral.  Soojusjuhtivustegur  k  on  nn  materjali 
ülekandeomadus ja sõltub ainest, tema struktuurist, temperatuurist.  Statsionaarne soojusjuhtivus läbi tasapinnalise seina:  𝒒 = −𝒌 𝑻𝟏 − 𝑻𝟐
𝒏𝟐 − 𝒏𝟏 = 𝒌 𝑻𝟏 − 𝑻𝟐 𝜹   𝑞 – soojuse kulu (soojusvoo kiirus), J/s; 
𝑇 – temperatuur, K; 
𝑛 – normaalisuunaline kaugus pinnast, m; 
𝑘 – soojusjuhtivustegur, W/(m*K) 
𝛿 – seina paksus, m.  𝒒 = 𝑸 𝝉 = 𝒌
𝜹 𝑨∆𝑻  Võrrandi saab kirjutada ka kujule:  𝒒 = ∆𝑻 𝑹   kus R on takistus soojusvoole, mis on avaldatav kujul:  𝑹 = 𝜹
𝒌  


11    5.3. Soojusülekanne  Konvektiivne  soojusülekanne  on  soojusvahetusprotsess,  milles  soojus  levib 
samaaegselt  nii  konvektsiooni  kui  ka  soojusjuhtivuse  teel.  Konvektiivse 
soojusülekande  teel  toimub  soojuse  levi  seinalt  keskkonda  (fluidumisse)  või 
vastupidi – keskkonnalt seinale.    Fluidumi  turbulentsel  voolamisel  on  seina  läheduses  vedeliku  liikumine  laminaarne,  sellele  järgneb 
üleminekutsoon ning seejärel voolu turbulentne tuum.   Laminaarses  kihis  (viskoosses  kihis)  voolu  kiirus  väheneb  seina  suunas,  olles  seina  pinna  juures  null. 
Laminaarse kihis olevas soojuslikus aluskihis toimub soojuse levi põhiliselt soojusjuhtivuse teel.   Voolu  turbulentses  tuumas  on  kiirus  ühtlane,  seal  toimub  soojuse  levi  konvektsiooni  teel.  Konvektiivne 
soojusvahetus on seda intensiivsem, mida turbulentsem on fluidumi liikumine ja mida paremini toimub fluidumi 
osakeste segunemine.   Seega,  konvektsioon  ja  vähesel  määral  toimuv  soojusjuhtivus  annavad  voolu  turbulentses  tuumas  kokku 
konvektiivse soojusülekande protsessi.   Nagu jooniselt on näha, on soojusülekande korral temperatuuriprofiil fluidumis sarnane kiiruse profiiliga.  Selleks, et soojusülekanne toimuks võimalikult intensiivselt, peab soojuslik aluskiht olema võimalikult väike. See 
on saavutatav voolu turbulentsi suurenemisel.  Konvektsiooni saab liigitada järgmiselt:   •  loomulik  (vaba-)  konvektsioon  -  toimub  üleslükkejõudude  tulemusena,  mis  on  tingitud  tiheduste 
erinevustest, mis omakorda on tingitud temperatuuride erinevustest  
•  sundkonvektsioon – vedeliku liikumine, mis on tekitatud väliste seadmetega (ventilaatorid, puhurid, 
pumbad).  Soojusülekande liikumapanevaks jõuks on seina ja keskkonna (fluidumi) temperatuuride vahe  𝑻𝒔𝒆𝒊𝒏 − 𝑻𝒌𝒌.  Reaalse  soojusülekande  kirjeldamiseks  kasutatakse  lihtsustatud  mudelit,  mida  tuntakse  kui  soojusülekande 
seadust või Newtoni jahtumise seadust:  𝒅𝑸 = 𝒉(𝑻𝒔𝒆𝒊𝒏 − 𝑻𝒌𝒌)𝒅𝑨𝒅𝝉  𝑑𝑄 – ülekantav soojushulk, J; 
𝑑𝐴 – soojusvooga risti asetsev pind, m2; 
𝑑𝜏 – aeg, s 
ℎ – soojusülekandetegur, W/(m2*K).  Juhul, kui soojusülekanne toimub statsionaarses režiimis, omandab võrrand järgmise kuju:  𝒒 = 𝑸 𝝉 = 𝒉𝑨(𝑻𝒔𝒆𝒊𝒏 − 𝑻𝒌𝒌) = 𝒉𝑨∆𝑻  𝑞 – soojuse kulu (soojusvoo kiirus), J/s; 
𝑄 – ülekantav soojushulk, J; 
𝜏 – aeg, s 
ℎ – soojusülekandetegur, W/(m2*K); 
𝐴 – soojusvooga risti asetsev pind, m2; 
𝑇 – temperatuur, K. 
  Soojusülekandetegur  h  [ 𝐽 𝑚2∙𝑠∙𝐾 = 𝑊 𝑚2∙𝐾 ]  näitab,  kui  suur  hulk  soojust  kantakse  ajaühikus  läbi  ühikulise  soojusvahetuspinna  ühikulise  liikumapaneva  jõu  korral.  Soojusülekandetegur  sõltub  keskkonna  hüdrodünaamikast,  keskkonna  omadustest  (viskoossus,  tihedus,  soojusmahtuvus,  soojusjuhtivus,  soojuspaisuvustegur) ning voolu geomeetrilistest parameetritest. 


12    5.4. Soojusläbikanne  Soojusläbikanne  on  soojuse  levi  ühest  keskkonnast  teise  läbi  tahke  seina. 
Soojusläbikanne  on  summaarne  protsess,  mis  hõlmab  konvektiivset 
soojusülekannet  ühes  keskkonnas,  soojusjuhtivust  seinas  ja  konvektiivset 
soojusülekannet teise keskkonnas.   Liikumapanevaks jõuks on kahe keskkonna temperatuuride vahe.      Soojusläbikannet saab matemaatiliselt kirjeldada järgmiselt:  𝒒 = 𝑼(𝑻𝟏 − 𝑻𝟐) = 𝑼 ∙ ∆𝑻  𝑞 – soojuse kulu (soojusvoo kiirus), J/s; 
𝑈 – soojusläbikandetegur, W/(m2*K).  𝒒 = 𝑼 ∙ ∆𝑻 = 𝒉𝟏(𝑻𝟏 − 𝑻𝟏𝑺) = 𝒌
𝜹 (𝑻𝟏𝑺 − 𝑻𝟐𝑺) = 𝒉𝟐(𝑻𝟐𝑺 − 𝑻𝟐)  ℎ1 ja ℎ2 – soojusülekandetegurid, W/(m 2*K);  𝑘 – seina soojusjuhtivustegur, W/(m*K); 
𝛿 – seina paksus, m; 
𝑇1 ja 𝑇2 – keskkondade temperatuurid, K; 
𝑇1𝑆 ja 𝑇2𝑆 –temperatuurid seina pinnal, K.  Soojusläbikandetegur  U  [ 𝐽 𝑚2∙𝑠∙𝐾 = 𝑊 𝑚2∙𝐾 ]  näitab,  kui  suur  hulk  soojust  kantakse  ajaühikus  läbi  ühikulise  soojusvahetuspinna  ühe  keskkonna  seest  teise  keskkonna  sisse  ühikulise  liikumapaneva  jõu  korral. 
Soojusläbikandetegur  sõltub  mõlema  fluidumi  soojusülekandeteguritest  ning  seina  (või  seinte)  soojusjuhtivustegurist ja seina paksusest.  𝑼 = 𝟏 𝟏 𝒉𝟏 + ∑ 𝜹𝒊 𝒌𝒊 𝒏 𝒊=𝟏 + 𝟏 𝒉𝟐   5.5. Keskmine liikumapanev jõud   Kahe fluidumi liikumisel soojusvahetis muutub nende temperatuuride vahe.    Selleks, et arvutada soojusläbikannet, tuleb leida keskmine liikumapanev jõud ehk temperatuuride vahe.   ∆𝑻𝟐
∆𝑻𝟏 < 𝟐 ⇛ ∆𝑻𝒌 = ∆𝑻𝟏 + ∆𝑻𝟐 𝟐   ∆𝑻𝟐
∆𝑻𝟏 > 𝟐 ⇛ ∆𝑻𝒌 = ∆𝑻𝟐 − ∆𝑻𝟏 𝐥𝐧 ∆𝑻𝟐 ∆𝑻𝟏   5.6. Soojusvahetid  Soojusvahetid  on  seadmed,  milles  toimub  soojuse  levi  ühelt  ainelt  (soojuskandjalt,  soojusagensilt)  teisele. 
Soojusvahetites saab toimuda ainete soojendamine, jahutamine ning kondensatsioon.  Soojusvahetid saab jaotada oma konstruktsiooni poolest kaheks põhiliseks liigiks:  


13    Pindsoojusvahetid, kus soojusvahetus saab toimuda läbi tasapinnalisi 
seinu  või  läbi  torude  pinda;  klassi  kuuluvad  nt.  toru-torus  ja 
torukimpsoojusvaheti, spiraal- ja plaatsojusvaheti.    Segunemissoojusvahetid,  kus  soojusahetus  toimub  soojuskandjate 
segunemisel.  Siia  kuuluvad  gradiirid,  segunemiskondensaatorid  või 
barbotaaži kasutavad seadmed.   A  –  kasutatakse  jahutusvee  jahutamiseks.  Jahutusvesi  suunatakse, 
mööda tsentraalset toru ja jaotatakse mõlemale poole ühtlaselt täidisele. 
Alt suunatakse kummaltki poolt sisse õhk. Õhk ja vesi on kontaktis, kui 
vesi on kuumem, siis ta aurustab, vesi jahtub. Osaliselt aurud väljuvad 
koos õhuga. Suur aururuum on ettenähtud selleks, et auru piisad selles 
ruumis eralduksid ja langeksid alla ja saaksime udu separeerida.  B – aur juhitakse kondensaatorisse, ülevalt suunatakse peale jahutusvesi. 
Aur annab oma soojuse ära jahutusveele ja ise kondenseerub. Aur ja vesi 
väljuvad  koos  kondensaatori  alumisest  osast.  Ülevalt  väljuvad 
inertgaasid. Kui aur kondeseerub (auru erimaht on suur) auru molekulid 
tõmbuvad kokku ja tekib vaba ruumi – tekib vaakum.    5.7. Soojuskandjad  Soojuskandjad 
•  Soojendamisel:  o  Gaasilised soojuskandjad:   ▪  küllastunud veeaur 
▪  ülekuumendatud veeauru 
▪  põlemisgaasidel   o  Vedelad soojuskandjad:  ▪  Kuum vesi  o  Kõrgtemperatuurilised orgaanilised soojuskandjad   •  Jahtumisel:  o  õhu  
o  vesi 
o  jääd  5.8. Soojusvahetites toimuvad protsessid  Soojendamine, jahutamine, aurustamine ja kondenseerimine.  Soojendamiseks vajalik soojushulk/ jahutamisel eemaldatav soojushulk:  𝑸 = 𝒎̇𝑪𝑷(𝒕𝒂𝒍𝒈 − 𝒕𝒍õ𝒑𝒑)  𝑄 – soojushulk või kulu, kJ või kJ/s; 
𝑚̇ - soojuskandja (aine) mass või masskulu, kg või kg/s; 
𝐶𝑃- aine soojusmahtuvus, kJ/(kg*K); 
𝑡𝑎𝑙𝑔, 𝑡𝑙õ𝑝𝑝 – soojuskandja (aine) alg- ja lõpptemperatuur, °C või K.  Soojusmahtuvus on soojushulk, mis on vajalik 1 kg aine soojendamiseks 1 K (või 1°C) võrra.  Aurustamiseks vajalik soojushulk/ kondensatsioonil eralduv soojushulk:  𝑸𝒂𝒖𝒓 = 𝑸𝒌𝒐𝒏𝒅 = 𝒎̇∆𝑯𝒂𝒖𝒓  𝑄 – soojushulk või kulu, kJ või kJ/s; 


14    𝑚̇ - soojuskandja (aine) mass või masskulu, kg või kg/s; 
∆𝐻𝑎𝑢𝑟- aurustumissoojus, kJ/kg.  Soojusjuhtivus e konduktsioon:  𝑸 = 𝒌
𝜹 𝑨∆𝑻 = ∆𝑻 𝑹 𝑨  𝑄 – soojuskulu, J/s=W; 
𝑘 – soojusjuhtivustegur, W/(m*K); 
𝛿 – seina paksus, m; 
𝐴 – seina pindala, m2; 
𝑅 – seina termiline takistus, (m2*K)/W; 
∆𝑇- liikumapanev jõud.  Soojusülekanne (konvektiivne soojusülekanne):  𝑸 = 𝒉𝑨∆𝑻 = 𝒉𝑨(𝑻𝒔𝒆𝒊𝒏 − 𝑻𝒌𝒌)  𝑄 – soojuskulu, J/s=W; 
ℎ – soojusülekandetegur, W/(m2*K); 
𝐴 – seina pindala, m2; 
∆𝑇- liikumapanev jõud.  Soojusläbikanne:  𝑸 = 𝑼𝑨∆𝑻  𝑄 – soojuskulu, J/s=W; 
𝑈 – soojusläbikandetegur, W/(m2*K); 
𝐴 – seina pindala, m2; 
∆𝑇- liikumapanev jõud.  5.9. Aurustmine  Aurustamine  on  lahuste  kontsentreerimine  suhteliselt  lenduva  lahusti  väljaaurustamise  teel.  Protsess  toimub 
lahusti keemistemperatuuril aurutusaparaadis oleval rõhul. Aurustamist saab teostada nii selleks, et eemaldada 
liigset  lahustit  ning  kontsentreerida  lahust  või  selleks,  et  saada  puhast  lahustit.  Viimase  näiteks  saab  tuua 
destilleeritud vee tootmist või mageda vee tootmist mereveest.   Aurustamist  mõjutavad  lahuse  kontsentratsioon,  aine  lahustuvus,  aine  temperatuuritundlikkus,  vahutamise 
võimalus, tahke sette teke, muud lahuse omadused, konstruktsioonimaterjalid.  Küttekeha  soojendatakse  kütte-  e  primaarauruga.  Tekkinud  aur  e 
sekundaaraur  eemaldatakse  süsteemist.  Kõige  lihtsamatel  juhtudel 
toimub aurustamine atmosfäärirõhul.    6.  MASSILEVI  6.1. Massivahetusprotsesside olemus ja klassifikatsioon  Aine levi võib toimuda   •  nii gaaside segus, lahustes kui ka tahketes lahustes,  
•  aine  võib  liikuda  ühe  ja  sama  faasi  piirides  ja  võib  toimuda  üleminek  ühest  faasist  teise  läbi  faasidevahelise piirpinna.   Selline liikumine toimub difusioonsete protsesside tulemusel. Difusioonsete protsesside liikumapanevaks jõuks 
on kontsentratsioonigradient.   Faas – süsteemi homogeenne osa, mis on teisest faasist ruumiliselt eraldatud kindla piirpinnaga.  Põhilised massivahetusprotsessid mehhanismi järgi on   •  difusioon - aine levi üksikute molekulide liikumise või ülekandega läbi fluidumi molekulide juhusliku,  individuaalse liikumise tulemusena,   •  konvektsioon (konvektiivne massiülekanne) – aine levi kas tahkelt pinnalt või faaside piirpinnalt faasi  tuuma (või vastupidi), mis on tingitud fluidumi sundkonvektsioonist.  Massivahetuse staatikat kirjeldavad materjalibilansid ja tasakaaluvõrrandid.   Massivahetuse kineetikat (kiirust) kirjeldav võrrand on sarnane kõikidele ülekandeprotsessidele. 


15    ü𝑙𝑒𝑘𝑎𝑛𝑑𝑒𝑘𝑖𝑖𝑟𝑢𝑠 = 𝑙𝑖𝑖𝑘𝑢𝑚𝑎𝑝𝑎𝑛𝑒𝑗õ𝑢𝑑 𝑡𝑎𝑘𝑖𝑠𝑡𝑢𝑠   Põhioperatsioonid:   •  destillatsioon,  
•  absorptsioon, kemosorptsioon  
•  ekstraktsioon ja leostamine,  
•  adsorptsioon,  
•  kristallisatsioon,  
•  kuivatamine,  
•  membraanlahutusprotsessid.  Massivahetusoperatsioonide  liikumapanevaks  jõuks  on  süsteemi  kõrvalekalde  määr  tasakaaluolekust,  mida 
väljendatakse jaotuva aine keemiliste potensiaalide vahe kaudu.  6.2. Massivahetusoperatsioonide tasakaal ja liikumapanev jõud  Massivahetusoperatsioonide  liikumapanevaks  jõuks  on  süsteemi  kõrvalekalde  määr  tasakaaluolekust,  mida 
väljendatakse  jaotuva  aine  keemiliste  potentsiaalide  vahe  kaudu.  Kui  aine  keemiline  potentsiaal  faasides  on 
võrdne, siis massivahetust ei toimu – tegemist on tasakaaluga.  Olukorda, kus viiakse kokku kaks faasi ning neil lastakse interakteeruda kuni intensiivsed parameetrid enam ei 
muutu, nimetatakse faaside tasakaaluks.  Tasakaalulises süsteemis:  termiline tasakaal  𝑇𝑓1 = 𝑇𝑓2 = 𝑇  mehaaniline tasakaal  𝑃𝑓1 = 𝑃𝑓2 = 𝑃  keemiline tasakaal  𝜇𝑓1 = 𝜇𝑓2 = 𝜇  kus  - komponendi keemiline potentsiaal.  6.3. Faasitasakaal ja tasakaalujoon  Tasakaaluolukorras  saavutatakse  mingi  kindel  jaotuva  komponendi  tasakaaluliste  kontsentratsioonide  vaheline 
sõltuvus antud rõhu ja temperatuuri korral. 
𝑦∗ = 𝑓(𝑥) 
𝑥∗ = 𝑓(𝑦) 
kus  𝑦∗, 𝑥∗ on vastavalt komponendi tasakaalsed kontsentratsioonid.  Tasakaalujoon  𝑦∗ = 𝑓(𝑥)   väljendab  jaotuva  aine  tasakaalsete  kontsentratsioonide  suhet  kontaktis  olevates  faasides.   Tööjoone võrrand  𝑦 = 𝑓(𝑥) väljendab jaotuva aine tegelike e töökontsentratsioonide suhet faasides.  Komponentide  kontsentratsioonide  suhet  faasides  tasakaaluolukorras  nimetatakse  tasakaalukonstandiks. 
Tasakaalukonstant on võrdne tasakaalujoone tõusunurga tangensiga ning võib olla muutuv suurus.  𝒎 = 𝒚∗ 𝒙   Henry seadusega kirjeldatakse tasakaalu absorbtsioonil (madalatel kontsentratsioonidel):  𝒑𝑨 = 𝑯𝒙𝑨  𝑝𝐴 - aine A partsiaalrõhk gaasifaasis; 
𝑥𝐴 - aine A kontsentratsioon moolosades vedelfaasis;  
𝐻 - Henry konstant, atm/moolosa.  Daltoni seadus:  𝑷 = ∑ 𝒑𝒊  𝑝𝑖 - komponendi osarõhk; 
𝑃 - süsteemi üldrõhk.  Raoult´i seadus:  𝒑𝒊 = 𝒙𝒊𝑷𝒊 𝑺  𝑝𝑖 - aine i partsiaalrõhk gaasifaasis; 
𝑥𝑖 - aine i kontsentratsioon moolosades vedelfaasis;  
𝑃𝑖 𝑆 - puhta komponendi küllastatud aururõhk.  Tasakaaluvõrrand destillatsioonil: 


16    𝒚𝒊𝑷 = 𝒙𝒊𝑷𝒊 𝑺  𝑝𝑖 - aine i partsiaalrõhk gaasifaasis; 
𝑥𝑖 - aine i kontsentratsioon moolosades vedelfaasis;  
𝑃𝑖 𝑆 - puhta komponendi küllastatud aururõhk;  𝑃 - süsteemi üldrõhk.  Massiläbikandeprotsessi  liikumapaneva  jõu  ja  aine  voo  suuna  määrab  tasakaalse  ja  tegeliku  kontsentratsiooni 
vahe: 
∆𝒄 = 𝒄∗ − 𝒄  6.4. Massivahetusaparaadi materjalibilanss  Tööolukorras  ei  ole  faaside  kontsentratsioonid  võrdsed  tasakaalsete 
kontsentratsioonidega. 
    Üldine materjalibilanss: 
𝑮𝒂𝒍𝒈 + 𝑳𝒂𝒍𝒈 = 𝑮𝒍õ𝒑𝒑 + 𝑳𝒍õ𝒑𝒑  Komponendi bilanss:  𝑮𝒂𝒍𝒈𝒚𝒂𝒍𝒈 + 𝑳𝒂𝒍𝒈𝒙𝒂𝒍𝒈 = 𝑮𝒍õ𝒑𝒑𝒚𝒍õ𝒑𝒑 + 𝑳𝒍õ𝒑𝒑𝒙𝒍õ𝒑𝒑 
𝑮(𝒀𝒂𝒍𝒈 − 𝒀𝒍õ𝒑𝒑) = 𝑳(𝑿𝒍õ𝒑𝒑 − 𝑿𝒂𝒍𝒈)  𝐺 – inertgaasi kulu, kg(inertgaasi)/s; 
𝐿 – absorbendi kulu, kg(absorbenti)/s; 
𝑌  –  absorbeeritava  aine  suhteline  kontsentratsioon 
kgainet/kginertgaasi; 
𝑋  –  absorbeeritava  aine  suhteline  kontsentratsioon 
kgainet/kgabsorbenti.  6.5. Massiläbikandevoo suuna määramine  Massiläbikanne on võimalik ainult siis, kui faaside ei ole tasakaalus.  Kahe faasi vahel jaotuv komponent läheb faasist, kus tema kontsentratsioon on kõrgem kui tasakaaluline, faasi, 
milles ta kontsentratsioon väiksem kui tasakaaluline.    Liikumapanev jõud on määratud süsteemi kõrvalekaldega tasakaalust - y või x.  7.  MASSIVAHETUSPROTSESSIDE KINEETIKA  Massivahetus ühe faasi sees toimub kas   •  molekulaarse difusiooni teel.  
•  või üheaegselt molekulaarse difusiooni ja konvektsiooniga.  Liikumatus keskkonnas toimub aine levi ainult molekulaarse difusiooniga.   Liikuvas keskkonnas toimub aine levi nii molekulaarse difusiooniga kui ka keskkonnaga selle liikumise suunas 
või keskkonna osade liikumisega erinevates suundades. 


17    Turbulentses voos prevaleerib molekulaarne difusioon ainult faaside piirpinna lähedal. Turbulentsel voolamisel 
tekivad  kiiruse  pulsatsioonid,  mille  tulemusel  toimub  samaaegselt  voo  üldise  liikumisega  osakeste  liikumise 
kõikides  suundades,  sealhulgas  risti  voo  suunaga.  Aine  konvektiivset  levi  turbulentsete  pulsatsioonidega 
nimetatakse ka turbulentseks difusiooniks.  7.1. Molekulaarne difusioon  Vaatleme  molekulide  difusiooni  statsionaarses,  liikumatus  fluidumis,  kus  liikumapanevaks  jõuks  on 
kontsentratsioonigradient.  Komponendi hulk  𝑑𝐽𝐴𝑧, mis difundeerub aja 𝑑𝜏jooksul läbi difusioonivooga risti asetseva pinna 𝑑𝐴, on võrdeline  kontsentratsioonigradiendiga  𝑑𝑐𝐴 𝑑𝑧 , pinnaga  𝑑𝐴 ja ajaga 𝑑𝜏  𝒅𝑱𝑨𝒛 = −𝑫𝒁𝑩 𝒅𝒄𝑨 𝒅𝒛 𝒅𝑨𝒅𝝉    Üldine Ficki võrrand komponentidest A ja B koosneva binaarse segu jaoks  𝒋𝑨𝒛 = −𝒄𝑫𝑨𝑩 𝒅𝒙𝑨 𝒅𝒛   𝑗𝐴𝑧 - komponendi A molaarne voog suunas z,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚2∙𝑠 ;   𝐷𝐴𝐵 - komponendi A molekulaarne difusioonikoefitsient,  𝑚2 𝑠 ;   𝑐 - komponentide A ja B üldine kontsentratsioon segus,  𝑘𝑚𝑜𝑙(𝐴+𝐵) 𝑚3 ;   𝑥𝐴 - komponendi A kontsentratsioon, moolosades.  Molekulaarse difusiooni liikumapanevaks jõuks on kontsentratsioonigradient  𝑑𝑐𝐴 𝑑𝑧 .  Molekulaarne difusioonikoefitsient  𝐷𝐴𝐵 [ 𝑚2 𝑠 ] näitab, milline hulk ainet difundeerub ajaühikus läbi pinnaühiku  ühikulise  kontsentratsioonigradiendi  korral.  𝐷𝐴  sõltub  difundeeruva  aine  omadustest,  difusioonikeskkonna  omadustest, T ja P-st. Kujutab endast füüsikalist konstanti, mis iseloomustab aine võimet läbida difusiooni teel 
liikumatut keskkonda.   7.2. Massiülekanne  Konvektiivne massiülekanne - summaarne aine ülekanne liikuvas keskkonnas (ühe faasi piirides).  Massiülekande mehhanism   Massiülekande protsess on seotud turbulentse voo 
struktuuriga faasis   •  turbulentne  tuum,  massiülekanne  turbulentsi  tõttu  (tekivad  kiiruse  pulsatsioonid,  mille  tulemusel  toimub 
samaaegselt  voo  üldise  liikumisega  osakeste  liikumise  kõikides  suundades, 
sealhulgas risti voo suunaga;   •  üleminekutsoon,  toimub  turbulentsi  vaibumine;  •  laminaarne  piirkiht,  massiülekanne  molekulaarse difusiooni tõttu.   NB!  Kontsentratsiooni  muutumine  piirpinna 
läheduses suurem. Massiülekanne on intensiivsem, 
mida  väiksem  on  piirkihi  paksus  st  mida 
turbulentsem on faasi tuum.    Kahe kelme teooria (Lewis-Whitman)   •  laminaarne kelme (piirkiht) faaside piirpinna juures, kus ainult molekulaarne difusioon,  
•  kogu massiülekandetakistus kelmes,  
•  lineaarne kontsentratsioonigradient ainult kelmes  


18    Massiülekande kiirus (massivoog) on võrdeline liikumapaneva jõuga s.o kontsentratsioonide vahega piirpinnal ja 
faasi tuumas. Massiülekandevõrrandid:  𝑵𝑨𝑳 = 𝒌𝑫𝑳(𝒄𝑳𝑰 − 𝒄𝑳)  𝑵𝑨𝑮 = 𝒌𝑫𝑮(𝒄𝑮 − 𝒄𝑮𝑰)  𝑁𝐴𝐿, 𝑁𝐴𝐺 - komponendi molaarsed vood vedel- ja gaasifaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚2∙𝑠 ;  𝑘𝐷𝐿, 𝑘𝐷𝐺 - massiülekandetegur vedel- ja gaasifaasis, m/s; 
𝑐𝐿𝐼, 𝑐𝐺𝐼 - komponendi kontsentratsioonid faaside piirpinnal,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 ;  𝑐𝐿, 𝑐𝐺 - komponendi kontsentratsioonid vedel- ja gaasifaasi tuumas,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 .   Massiülekandetegur:  𝒌𝑫𝑳 = 𝑫𝑨𝑩 𝜹   𝑘𝐷 - massiülekandetegur vedelfaasis, m/s; 
𝛿 - kelme paksus, m;  𝐷𝐴𝐵 - komponendi A molekulaarne difusioonikoefitsient,  𝑚2 𝑠 .  Massiülekandetegur  𝑘𝐷 sõltub   •  faasi hüdrodünaamikast,  
•  faasi (fluidumi) omadustest,  
•  geomeetrilistest parameetritest.  7.3. Massiläbikanne  Massiläbikanne – aine ülekanne ühest faasist teise 
läbi faaside piirpinna. (Aine levi ühe faasi tuumast 
läbi piirpinna teise faasi tuuma). 
    Aine massivool läbi piirpinna:  𝑵𝑨 = 𝑲𝑮𝑨(𝒄𝑮 − 𝒄𝑮 ∗ ) = 𝑲 𝑳𝑨(𝒄𝑳 ∗ − 𝒄 𝑳)  𝑁𝐴 - aine massivool läbi piirpinna,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚2∙𝑠 ;  𝐾𝐿, 𝐾𝐺 - massiläbikandetegur vedel- ja gaasifaasis, m/s; 
𝐴 – massiläbikandepind, 𝑚2;   𝑐𝐿 ∗, 𝑐 𝐺 ∗  - aine tasakaalne kontsentratsioon gaasi ja vedelfaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 ;  𝑐𝐿, 𝑐𝐺 - komponendi kontsentratsioonid vedel- ja gaasifaasi tuumas,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 .   Massiläbikandevõrrand väljendatuna mahu kohta:  𝑵𝑨 = 𝒌𝑳𝒂(𝒄𝑳 ∗ − 𝒄 𝑳) ∙ 𝑽𝑳  𝑁𝐴 - aine massivool läbi piirpinna,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚2∙𝑠 ;  𝑘𝐿 - massiülekandetegur vedelfaasis, m/s; 
𝑎 – massiläbikande eripind,  𝑚2
𝑚3 ;   𝑘𝐿𝑎 - massiläbikandekoefitsient mahu kohta; 
𝑐𝐿 ∗ - aine tasakaalne kontsentratsioon vedelfaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 ;  𝑐𝐿 - komponendi kontsentratsioonid vedelfaasi tuumas,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 ;  𝑉𝐿 – vedelfaasi maht, 𝑚 3. 


19    Miks?  Massivahetusaparaatides  on  sageli  faasidevahelist  piirpinda  või  kontaktpinda  raske  määrata.  Seetõttu 
kasutatakse  massiülekande-  ja  massiläbikandetegureid,  mis  on  seotud  aparaadi  mahuga  𝑉.  Aparaadi  maht  on  seotud faaside erikontaktpinnaga järgmiselt:  𝑽 = 𝑨
𝒂   𝑉 – aparaadi maht, 𝑚3; 
𝐴 – massiläbikandepind, 𝑚2;   𝑎 – massiläbikande eripind,  𝑚2
𝑚3 .   Täidiskolonnides on erikontaktpinnaks täidise eripind s.o 1  𝑚3 täidise elementide geomeetriline pindala,   𝑚2
𝑚3 .  Massiläbikandetegur   𝐾 [ 𝑚 𝑠 ]  on  kineetikategur,  mis  näitab,  kui  suur  hulk  ainet  läheb  ühest  faasist  teise  faasi  ajaühikus  läbi  ühikulise  faasidevahelise  piirpinna  (või  ruumalaühikus)  ühikulise  liikumapaneva  jõu  korral. 
Massiläbikandetegur  sõltub  mõlema  faasi  hüdrodünaamilisest  režiimist,  faaside  omadustest,  geomeetrilistest 
parameetritest ja - faasidevahelisest tasakaalust.  Massiläbikandeteguri sõltuvus massiülekandeteguritest:  𝟏 𝑲𝑮 = 𝟏 𝒌𝑮 + 𝒎 𝒌𝑳   𝟏 𝑲𝑳 = 𝟏 𝒌𝑳 + 𝟏 𝒎𝒌𝑮   𝒎 = 𝒄𝑮 ∗ 𝒄𝑳   𝑘𝐿, 𝑘𝐺 - massiülekandetegur vedel- ja gaasifaasis, m/s; 
𝐾𝐿, 𝐾𝐺 - massiläbikandetegur vedel- ja gaasifaasis, m/s; 
𝑚 – tasakaalukonstant 
𝑐𝐺 ∗  - aine tasakaalne kontsentratsioon gaasifaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 ;  𝑐𝐿 - komponendi kontsentratsioonid vedelfaasi tuumas,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 .   7.3.1. Massiläbikande keskmine liikumapanev jõud  Massiläbikande liikumapanev jõud on tasakaalulise ja tegeliku kontsentratsiooni vahe.  Gaasifaasipoolne liikumapanev jõud on vastavalt:  ∆𝒄𝑮 = 𝒄𝑮 − 𝒄𝑮 ∗   ∆𝒚 = 𝒚 − 𝒚∗  𝑐𝐺(𝑦) - komponendi kontsentratsioonid gaasifaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3   𝑐𝐺 ∗  (𝑦∗)- aine tasakaalne kontsentratsioon gaasifaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 .   Vedelfaasipoolne liikumapanev jõud on vastavalt:  ∆𝒄𝑳 = 𝒄𝑳 ∗ − 𝒄 𝑳  ∆𝒙 = 𝒙 − 𝒙∗  𝑐𝐿(𝑥) - komponendi kontsentratsioonid gaasifaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3   𝑐𝐿 ∗ (𝑥∗)- aine tasakaalne kontsentratsioon gaasifaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 .   Massivahetusaparaatides  liikumapanev  jõud  muutub  aine  töökontsentratsiooni  muutumise  tõttu  ja  seetõttu 
massiläbikandevõrrandis kasutatakse keskmist liikumapanevat jõudu  ∆𝑥 või ∆𝑦.  𝑵𝑨 = 𝑲𝑮𝑨∆𝒚𝒌𝒆𝒔𝒌  𝑵𝑨 = 𝑲𝑳𝑨∆𝒙𝒌𝒆𝒔𝒌  𝑁𝐴 - aine massivool läbi piirpinna,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚2∙𝑠 ;  𝐾𝐿 - massiläbikandetegur vedelfaasis, m/s; 
𝐾𝐺 - massiläbikandetegur gaasifaasis, m/s; 
𝐴 – massiläbikandepind, 𝑚2;   ∆𝑦𝑘𝑒𝑠𝑘, ∆𝑥𝑘𝑒𝑠𝑘 – keskmine liikumapanev jõud gaasi- ja vedelfaasis,  𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 .  Kui tasakaalujoon on lineaarne st  𝒚∗ = 𝒎𝒙, siis arvutatakse massiläbikande keskmist liikumapanevat jõudu sama  moodi nagu soojusläbikande keskmist liikumapanevat jõudu.  7.3.2. Ülekandeühik  Ülekandeühikuks  nimetatakse  faasi  töökontsentratsiooni  muutust  liikumapaneva  jõu  ühiku  kohta.  Lähtudes 
liikumapaneva jõu avaldisest saab väljendada ülekandeühikute arvu järgmiselt:  𝒏𝟎𝒚 = 𝒚𝒂𝒍𝒈 − 𝒚𝒍õ𝒑𝒑 ∆𝒚𝒌𝒆𝒔𝒌   𝒏𝟎𝒙 = 𝒙𝒍õ𝒑𝒑−𝒙𝒂𝒍𝒈 ∆𝒙𝒌𝒆𝒔𝒌   Ühte ülekandeühikut võib käsitleda kui aparaadi osa, milles toimuv ühe faasi kontsentratsiooni muutus vastab 
keskmisele liikumapanevale jõule. 


20    7.4. Teoreetilise taldriku mõiste ja kasutamine  Tasakaaluaste  -  ühekordne  kontakt  kahe  faasi  vahel,  mille  jooksul 
saavutatakse nende faaside vahel tasakaal.  Üheastmelistes  massivahetusprotsessides  viiakse  kaks  faasi  kontakti 
ning  seejärel  need  faasid  eraldatakse  üksteisest.  Kontaktis  oleku  ajal 
toimub mingi aine või ainete jaotumine faaside vahel (massiläbikanne). 
Kui  aeg  on  piisavalt  pikk,  siis  saavutatakse  tasakaal  faaside  vahel  ja 
kontaktist väljuvate faaside vahel on tasakaal.    Selleks,  et  ühest  faasist  rohkem  ainet  teise  faasi  üle  kanda,  võib  faasidevahelist  kontakti  korrata,  viies 
kontaktastmest väljuva voo G1 uude kontakti vooga L st viia protsess läbi mitmeastmelise protsessina.  Tasakaaluastmete arv = teoreetiliste taldrikute arv 
Ühte  tasakaaluastet  e  teoreetiline  taldrikut  või  kirjeldada  tööjoone  ja  tasakaalujoone  vahelise  astmega  y-x 
diagrammil:   1)  kolonni  sisenev  gaas  koostisega  𝑦𝑁+1  on  kontaktis vedelikuga 4. taldrikul  𝑥4 = 𝑥𝑁, (sirge  a);   2)  kui  taldrikul  tekib  tasakaal  taldrikul  oleva  vedelfaasi  ja  selle  kohal  oleva  gaasifaasi  vahel, 
siis  taldrikult  väljuv  gaas  𝑦4  on  tasakaalus  taldrikul oleva vedelfaasiga  𝑥4:  𝑦4 ∗ = 𝑓(𝑥 4)  Sellelt  taldrikult  väljuv  gaas  läheb  järgmisele,  3. 
taldrikule kontakti sellel asuva vedelfaasiga  𝑥3 (sirge  b).  Niiviisi  astmeid  konstrueerides  saame  kogu  kolonni 
teoreetiliste taldrikute arvu  𝑛𝑡𝑒𝑜𝑟.   


21    7.5. Massivahetusaparaatide arvutuse põhimõtteid  Täidiskolonnis  kogutakse  vedelik igal taldrikul kokku ja 
spreitakse  ühtlaselt  allolevale 
taldrikule.      Maasivahetusaparaatide arvutamine põhiliste mõõtude määramine:  •  D – kolonni diameeter iseloomustab tootlikkust. 
•  H – kõrgus iseloomustab protsessi intensiivsust.  Põhilised arvutusmeetodid   •  kineetikavõrrandite kasutamine,  
•  ülekandeühikute meetod,  
•  teoreetiliste taldrikute meetod.  Massivahetusaparaatide  arvutus  ülekandeühikute  arvu  järgi.  Kasutatakse  põhiliselt  pideva  kontaktiga 
aparaatide  arvutamisel  nt  täidiskolonnide  arvutamisel.  Kui  on  leitud  ülekandeühikute  arv,  siis  kolonni  kõrgus 
arvutatakse järgmiselt:  𝑯 = 𝒉𝟎𝒚𝒏𝟎𝒚  𝒉𝟎𝒚 = 𝑮 𝑲𝒚𝒂𝑺   𝐻 – aparaadi kõrgus, m;    𝑛0𝑦 – ülekandeühik; 
ℎ0𝑦 – ülekandeühiku kõrgus, m; 
𝐺 – inertgaasi kulu, kg(inertgaasi)/s; 
𝐾𝑦 - massiläbikandetegur gaasifaasis, m/s; 
𝑎 – massiläbikande eripind,  𝑚2
𝑚3 ;  𝑆 – aparaadi ristlõikepindala,  𝑚2.  Massivahetusaparaatide  arvutus  teoreetiliste  taldrikute  arvu  järgi.  Kasutatakse  tavaliselt  taldrikkolonnide 
korral.  Teoreetiliste taldrikute  arv  𝑛𝑡𝑒𝑜𝑟 määratakse graafiliselt y-x-diagrammilt. Kuna reaalses olukorras ühel  taldrikul tasakaalu ei saavutata, on tegelike taldrikute arv  𝑛 suurem:  𝒏 = 𝒏𝒕𝒆𝒐𝒓 𝜼   𝜂 - taldriku kasutegur. 
Kasutegur sõltub mitmetest teguritest ja on piirides 0,3 – 0,8.  Taldrikkolonni kõrgus H:  𝑯 = 𝒉(𝒏 − 𝟏) 


22    kus h on taldrikute vaheline kõrgus.  8.  DESTILLATSIOON JA REKTIFIKATSIOON   8.1. Destillatsioon  Destillatsioon  on  põhioperatsioon  selliste  vedelikseguside  lahutamiseks,  mille  komponentide  keemistemperatuurid on erinevad (lenduvused ühel ja samal temperatuuril on erinevad).  Destillatsioonimeetodid:  •  Üheastmelised -ühekordne aur-vedelik kontakt - protsessi käigus toimub lahutatava lähtesegu osaline  aurustamine ja sellele järgneb tekkinud aurude kondenseerimine, mille tulemusena saadakse kondensaat, 
mille koostis erineb lähtesegu koostisest (destillaat).  o  Segu komponentide lenduvused erinevad üksteisest oluliselt. 
o  Lihtdestillatsioon  (liht,  flegma,  fraktsioon),  tasakaaldestillatsioon  (hetk-,  flash-),  veeaurudestillatsioon.  •  Mitmeastmelised  –  mitmekordne  aur-vedelik  kontakt  (igal  taldrikul)  -  osa  protsessis  saadud  kondensaadist  (flegma  e  tagasijooks)  suunatakse  tagasi  destillatsiooniseadmesse,  aurud  liiguvad  läbi 
astmete või taldrikute üles ning osa kondensaadist liigub vastuvoolu auruga alla.  o  Kaustatakse kui segu komponentide lenduvuste erinevus ei ole suur. 
o  Destillatsioon, rektifikatsioon (tavaline, aseptroopne, ekstraktiivne).  Vedeliksegu separeerimine aurustamise-destilleerimise teel on võimalik kui komponentide suhteline lenduvus on 
>1,0; praktiliselt kui  𝛼 ≥ 1,1 − 1,2.   Peamine eraldusagens: soojus. 
Nõutud: termiline stabiilsus keemispunktis.  
Printsiip: vedeliksegu aurustamisel tekib lenduvama komponendi poolest rikkam aur ja selle kondenseerimisel 
destillaat. 
Produktid: destillaat ja jääk (tipu- ja põhjaprodukt).  8.2. Aur-vedelik tasakaal  Aur-vedelik tasakaalu tingimus   •  faaside temperatuurid on võrdsed, 𝑻𝑮 = 𝑻𝑳 = 𝑻 
•  faaside üldrõhud on võrdsed, 𝑷𝑮 = 𝑷𝑳 = 𝑷  
•  kõigi komponentide fugitiivsused aurufaasis on võrdsed komponentide fugitiivsustega vedelfaasis:  𝒇𝒊 𝑮 = 𝒇 𝒊 𝑳  𝒚𝒊𝝋𝒊𝑷 = 𝒙𝒊𝜸𝒊𝑷𝒊 𝑺  𝑓𝑖 𝐺, 𝑓 𝑖 𝐿 - komponentide fugitiivsused auru- ja vedelfaasis;  𝑦𝑖, 𝑥𝑖 - komponendi i moolosa auru- ja vedelfaasis; 
𝜑𝑖 - komponendi fugitiivsuskoefitsient; 
𝛾𝑖 – komponendi aktiivsuskoefitsient; 
𝑃𝑖 𝑆 – komponendi küllastatud aururõhk, Pa;  𝑃 - süsteemi üldrõhk, Pa.  Ideaalsete segude korral:  𝒚𝒊𝑷 = 𝒙𝒊𝑷𝒊 𝑺  Ideaalsete segude tasakaalu määrab Raoult´i seadus:  𝒑𝒊 = 𝒙𝒊𝑷𝒊 𝑺  𝑝𝑖 – komponendi partsiaalrõhk aurufaasis, Pa; 
𝑥𝑖 - komponendi i moolosa vedelfaasis; 
𝑃𝑖 𝑆 – komponendi küllastatud aururõhk, Pa.  Mitteideaalsete segude tasakaal:  𝒑𝒊 = 𝒙𝒊𝜸𝒊𝑷𝒊 𝑺  𝑝𝑖 – komponendi partsiaalrõhk aurufaasis, Pa; 
𝑥𝑖 - komponendi i moolosa vedelfaasis; 
𝛾𝑖 – komponendi aktiivsuskoefitsient; 
𝑃𝑖 𝑆 – komponendi küllastatud aururõhk, Pa.  Keemistemperatuuri diagramm (T-x) ja x-y diagramm: 


23    Joonisel on esitatud segu benseen-tolueen tasakaal 
x-y  diagrammil.  Sellel  diagrammil  on  kergemini 
lenduva  komponendi  benseeni  koostis  vedelfaasis 
x-teljel ja  koostis  aurufaasis  y-teljel.  Joon  y*=f(x) 
on  tasakaalujoon.  NB!  Kontsentratsioonid  moolosades!    Mõningatel segudel on kõrvalekalle Raoulti seadusest nii suur, et see tingib segude kvalitatiivselt uued omadused. 
Teatud  koostise  korral  on  sellistel  segudel  konstantne  keemistemperatuur,  mis  võib  olla  maksimaalne  või 
minimaalne.  Sellel  temperatuuril  tasakaalse  auru  koostis  vedeliku  kohal  võrdub  vedeliku  koostisega  ( 𝑦 = 𝑥).  Selliseid segusid nimetatakse aseotroopseteks või lahutamatuteks segudeks.  8.3. Lihtdestillatsioon  Lihtdestillatsioon  viiakse  läbi  järgmiselt:  kolvis  olevat  vedelikku  kuumutatakse,  vedeliku 
keemisel eralduvad aurud eemaldatakse pidevalt ja kondenseeritakse.  
Aurude kondensaat – destillaat kogutakse.    Destillaadis  on  vastavalt  tasakaalule  kergemini  lenduvat  komponenti  rohkem  kui  kolvijäägis.  Protsessi  käigus 
kergemini lenduva komponendi kontsentratsioon kolvijäägis väheneb, koos sellega muutub ka destillaadi koostis. 
Sellega  seoses  võib  protsessi  käigus  koguda  erinevaid  destillaadi  fraktsioone,  millel  on  erinev  koostis.  Sellist 
lihtdestillatsiooni nimetatakse fraktsioneerivaks destillatsiooniks.  8.4. Veeaurudestillatsioon  Kuna  mittelahustuvate  segude  keemistemperatuur  ei  sõltu  segu 
koostisest  ja  on  alati  väiksem  kui  puhaste  komponentide 
keemistemperatuurid,  siis  on  võimalik  veeaurdestillatsiooni 
kasutada  selliste  segude  lahutamiseks,  mille  komponendid  ei 
lahustu vees.  Meetodi puuduseks on asjaolu, et destillaat sisaldab niiskust.  
NB! Kõrge keemistemperatuuriga segude veeaur-destillatsioonil 
peab  segu  keemistemperatuur  olema  madalam,  kui  on  vee 
keemistemperatuur antud rõhul.    Veeaurdestillatsiooni  läbiviimiseks  juhitakse  veeaur  kolbi,  kolvis  tekkinud  veeaur  (A)  ja  kõrge 
keemistemperatuuriga komponendi (B) aurud kondenseeritakse ja eraldatakse separaatoris.  8.5. Rektifikatsioon  Rektifikatsioon e mitmeastmeline tagasijooksuga destillatsioon – põhioperatsioon homogeensete vedeliksegude 
lahutamiseks, mis põhineb segus komponentide erinevatel lenduvustel. Protsessis toimub mitmekordne tasakaalus 
mitte oleva ja üksteise suhtes liikuva auru- ja vedelfaasi kontakt. Faaside vastastikuse toime tulemusena toimub 
soojus- ja massivahetus, mille põhjustab süsteemi muutumine tasakaalu suunas. Protsess toimub kasutades osalist 
tagasijooksu ehk flegmat. Tulemusena saadakse tipuprodukt-destillaat ja põhjaprodukt – jääk.  Igal aur-vedelik kontaktil toimub komponendid ümber-jaotumine faaside vahel   •  aurufaas küllastub kergemini lenduva komponendiga,  
•  vedelfaas küllastub raskemini lenduva komponendiga   Seega rektifikatsiooni läbiviimise tingimused:   •  tasakaalu puudumine faaside liikumisel  
•  mitmekordne kontakt. 


24      Aurud, mis tekivad kolvis vedeliku keemisel, tõusevad üles piki destillatsioonikolonni ning jahtuvad osaliselt. 
Kondenseerub  peamiselt  raskemini  lenduv  komponent.  Kolonnis  puutub  allavoolav  vedelik  (flegma)  kokku 
ülesliikuvate  aurudega,  mis  võtavad  temast  täiendavalt  kaasa  kergesti  lenduva  komponendi.  Samal  ajal  peseb 
vedelik  aurudest  välja  raskemini  lenduvat  komponenti.  Kolonni  peasse  jõuab  rohkem  kergemini  lenduvat 
komponenti sisaldav fraktsioon. Aurud, mis jõuavad jahutisse, kondenseeruvad seal täielikult.   Laboratoorse  rektifikatsioonikolonni  pea  on  ehitatud  nii,  et  jahutist  allavalguvast  vedelikust  on  kraani  abil 
võimalik  destillaadina  vastuvõtunõusse  võtta  (väike)  osa  sellest  ja  (suurem)  osa  jahutis  kondenseerunud 
vedelikust  täiendavalt  saata  tagasijooksuna  (flegmana)  kolonni,  suurendades  sellega  ainete  lahutamise 
efektiivsust.   Flegma ja destillaadi suhet samas ajaühikus nimetatakse flegmaarvuks ehk tagasijooksusuhteks. Seega flegmaarv 
FA on flegma ja rektifikaadi hulga jagatis:  𝐹𝐴 = 𝑓𝑙𝑒𝑔𝑚𝑎 ℎ𝑢𝑙𝑘 𝑟𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓𝑖𝑘𝑎𝑎𝑑𝑖 ℎ𝑢𝑙𝑘   8.6. Flegmaarvu R mõju protsessile  Kolonni  lahutusvõime  sõltub  flegmaarvust.  Mida  suurem  on  flegmaarv,  seda  parem  on  lahutusvõime. 
Flegmaarvu valikul arvestatakse ka segukomponentide lahutatavust. Mida raskem on neid lahutada, seda suurem 
peab  olema  flegmaarv.  Segu  komponentide  head  lahutamist  näitab  kolonni  peas  temperatuuri  järsk  tõus,  kui 
kergeminilenduv aine on segust välja aetud.  Flegmaarvu  vähenedes  rektifikatsiooniseadme  tootlikkus  küll  kasvab,  aga  lahutusvõime  halveneb. 
Rektifikatsioonikolonni  lahutusvõime  suurendamist  soodustavad  vedel-  ja  aurufaasi  võimalikult  suur 
kokkupuutepind, kontakti kestus ja soojusvahetuse puudumine kolonni ja keskkonna vahel.    8.7. Pidev rektifikatsioon  NB! Vedeliku ja auru molaarsed kulud konstantsed, kmol/s, binaarsete segude korral kontsentratsioon – kergemini 
lenduva komponendi kontsentratsioon moolosades.  Flegmaarv näitab flegma ja destillaadi suhet:  𝑹 = 𝚽 𝑫   Suhteline toite kulu (toitearv):  𝑹𝑭 = 𝐅 𝑫  


25    Rektifikatsiooniseadme  materjalibilanss  üldine  bilanss:  𝐅 = 𝐃 + 𝐖.  Kergemini  lenduva  komponendi  bilanss  𝐅𝒙𝑭 = 𝐃𝒙𝑫 + 𝐖𝒙𝑾 
kus  F, D, W – on vastavalt toite, destillaadi ja jäägi molaarsed kulud, 𝑥𝐹, 𝑥𝐷 ja 𝑥𝑊 on vastavalt kergemini lenduva  komponendi kontsentratsioonid toites, destillaadis ja jäägis.  Rektifikatsiooniseadme soojusbilanss:  •  Soojust siseneb kolonni:   o  toitevooga 𝑄𝐹; 
o  kondenseeruvalt kütteaurult kuubis 𝑄𝐾𝐴;  •  Soojus väljub kolonnist:  o  jahutusveega deflegmaatoris 𝑄𝑑𝑒𝑓𝑙, 
o  destillaadiga 𝑄𝐷, 
o  kuubijäägiga 𝑄𝑊, 
o  kadudena ümbritsevasse keskkonda 𝑄𝑘𝑎𝑑𝑢.  𝑸𝑭 + 𝑸𝑲𝑨 = 𝑸𝒅𝒆𝒇𝒍 + 𝑸𝑫 + 𝑸𝑾 + 𝑸𝒌𝒂𝒅𝒖 
𝑮𝑭𝑯𝑭 + 𝑸𝑲𝑨 = 𝑸𝒅𝒆𝒇𝒍 + 𝑮𝑫𝑯𝑫 + 𝑮𝑾𝑯𝑾 + 𝑸𝒌𝒂𝒅𝒖 
kus  𝐺𝐹, 𝐺𝐷 ja 𝐺𝑊 ning 𝐻𝐹, 𝐻𝐷 ja 𝐻𝑊 on toite, destillaadi ja kuubijäägi masskulud ja entalpiad.  Sellest bilansist leitakse kütteauru poolt antav soojushulk: 
𝑄𝐾𝐴 = 𝑄𝑑𝑒𝑓𝑙 + 𝐺𝐷𝑐𝐷𝑡𝐷 + 𝐺𝑊𝑐𝑊𝑡𝑊 − 𝐺𝐹𝑐𝐹𝑡𝐹 + 𝑄𝑘𝑎𝑑𝑢 
kus  𝑐𝐷, 𝑐𝑊 ja 𝑐𝐹 on toite, destillaadi ja kuubijäägi soojusmahtuvused;     𝑡𝐷, 𝑡𝑊 ja 𝑡𝐹 - toite, destillaadi ja kuubijäägi temperatuurid.  Kütteauru kulu:  𝑮𝑲𝑨 = 𝑸𝑲𝑨 ∆𝑯𝒗𝒂𝒑,𝑲𝑨𝒙′