Süperkritik kurutma metotlarının incelenmesi ve reaktör tasarlanması

Abstract

Geçtiğimiz yirmi yıl içinde, süperkritik akışkan kurutması veya süperkritik kurutma olarak ta bilinen kurutma işlemi birçok alanda artan uygulamalarıyla hızlı bir şekilde büyüyen bir ilgiye sahip olmuştur. Etkili ve birçok üstün özellikleri sayesinde süperkritik kurutma işlemi, bilinen geleneksel kurutma metotlarının aksine, kurutulan numune ve kurutma şartları açısından oldukça önemli avantajlara sahiptir. Her maddenin özgün yapısından kaynaklanan fiziksel ve kimyasal farklı özellikleri vardır; bunun doğrultusunda da farklı faz özellikleri vardır. Ele alınan herhangi bir maddenin basınç-sıcaklık faz diyagramında katı-sıvı-gaz hallerinin birbirleri ile dengede bulundukları sınır eğrileri vardır. Maddenin gaz ile sıvı halleri arasında dengede bulunduğu eğriyi ileriye doğru hareket ettirmemiz durumunda sıcaklığın ve basıncın arttığı görülmektedir. Bunun sonucunda ısıl genleşmeler nedeniyle sıvının yoğunluğu azalarak, gazın yoğunluğu artmaktadır. İşlem sürdürüldüğünde sıvı ve gaz fazın yoğunlukları birbirlerine yaklaşarak bir süre sonra ikisi de aynı değere ulaşmaktadır. Tam da bu iki fazın ortak yoğunluğa sahip oldukları bu nokta kritik noktayı göstermektedir. İşlemler sonunda oluşan bu akışkanın sıcaklığı veya basıncı kritik şartların üzerine çıkarılır ise maddenin bilinen hallerinden farklı, gaz ve sıvı özelliklerinin arasında yeni özelliklere sahip bir akışkan olan süperkritik akışkan (SKA) elde edilmektedir. SKA sahip olduğu düşük ölçülerdeki viskozite, yüksek değerdeki yayınım, yoğunluk ve çözme gücü özellikleri bakımından hem gaza hem de sıvılara benzemektedir. Kurutma işlemi aslında bir ekstraksiyon olduğu için SKA'nın yüksek çözme gücü, bu noktada büyük önem arz etmektedir. SKA ekstraksiyonu klasik olarak kritik şartlara ulaşılabilmesi için yüksek basınç pompası, ekstraktör ve separatöre sahip bir sistem ile sağlanmaktadır. Kullanımı kararlaştırılan SKA, önceden belirlenen basınç değerinde sisteme gönderilip bu esnada bir ısıtıcıdan geçirilerek ekstraktöre aktarılmaktadır. Burada kurutulması istenilen numune ile etkileşime geçerek çözebileceği bileşenleri almaktadır. Sonrasında akışkan separatöre geçerek sıcaklık ve basıncı kritik şartların altına düşürülerek kurutma döngüsü tamamlanmaktadır.Günümüze kadar süren ve hala devam eden farklı amaçlarda ve farklı alanlarda kullanılan polimer malzemelerin geliştirilmesi, bilim dünyasını daha modern ve daha etkili çözüm yolları bulmaya zorlamıştır. Yeryüzünde bilinen malzemeler arasında en hafif ve en düşük yoğunluğa sahip olan aerojeller bu noktada insanlığa çözüm olarak kendini göstermektedir. Kontrol edilebilir gözenek yapısının sağladığı büyük yüzey alanı, yüksek sıcaklık dayanımı ve yüksek elektrik iletkenliği gibi benzersiz birçok yapısal özelliği ile ön plana çıkan aerojellerin üretimi süperkritik akışkanlar yardımıyla gerçekleşen süperkritik kurutma ile sağlanmaktadır. Karbon aerojel, tekstil, sağlık, gıda, tarım, ilaç, malzeme gibi birçok sektörde hayatımızı kolaylaştıracak özelliklere sahiptir.

In the last two decades, supercritical fluid dryings (SCFD) or supercritical dryings (SCD) has attracted growing interests for its increasing applications in various fields. Because of it's effective and any other outstanding properties SCD has a lot of advantage compare to other dryings tecniques. There are different physical and chemical properties of each and in this respect they have different phase diagram. Any substance discussed in the pressure-temperature phase diagram of the states of solid-liquid-gas boundary curves with each other, they are in balance. At balanced between gas and liquid states of the substance which we move forward curve in the case of temperature and pressure are increased. Due to thermal expansion as a result, decrease of viscosity of the liquid, density of the gas is increasing. After a while the density of the liquid and gas phases obtain in the same value by approaching to each other. That point indicates the critical point which the density of the two phases to have a common point. If the temperature or the pressure increase over the critical points then it becomes the supercritical fluids (SCF) which has average properties between gas and liquid phases.The features of the supercritical fluid, viscosity at low rates, high-value propagation, density and resolving powers are similar to both gas and liquid. Because of the drying process is actually a supercritical fluid extraction, the high resolving power of supercritical fluid is very important at this point. SCF extraction conventionally high-pressure pump for achieving critical conditions, is achieved by a system with the extractor and separator. SCF decided to be use a predetermined pressure value sent to the system passed through a heater at this time is transferred to the extractor. Here SCF interacting with sample which desired to be dried gains the components which can be solved. After that the fluid passing through the separator under reduced below critical conditions of temperature and pressure of the drying cycle is completed.Up to the present the developing polymeric materials which are used for different purposes and different areas, forces scientific world to find other modern and effective solutions. Among known materials on Earth lightest and lowest density aerogels with presents itself as a solution to humanity at this point. Because of the easily controlled pore structure, carbon aerogels which has features such as huge surface area, low electric resistance, high electrical conductivity, and its thermal and mechanic aspects, are produced by supercritical drying with the help of supercritical fluids. Carbon aerogels (CA) have many features to make our lives easier in many sectors such as textile, health, food, agriculture, medicine, materials .