Kimyager Ayşe’nin Verimle İmtihanı

1

Kimyasal madde üretimi yapan fabrikalarda kimyagerlerin ve kimya mühendislerinin en önemli işlemlerinden biri, reaksiyona giren maddelerin tamamen ürüne dönüşmesini sağlamaktır. Bu amaçlar onlar sürekli araştırma yapmakta ve yeni yöntemler geliştirmektedir. Ancak her reaksiyonda girenlerin ürüne dönüşümü tam sağlanamamaktadır.

Bunun çok farklı nedenleri vardır. Aşağıda buna örnek olarak verilebilecek bir kurgu hazırlanmıştır.

Örnek olay

Ayşe, kimyasal madde üretimi yapan bir fabrikada kimyager olarak çalışmaktadır. Ayşe’den ısıtma suyu sistemlerinden çözünmüş oksijenin uzaklaştırılmasında ve pestisitlerin üretiminde kullanılan N2H4 (hidrazin) üretmesi istenmiştir. Ayşe, yaptığı araştırma sonunda Rasching yöntemine göre Cl2, NaOH ve NH3’tan N2H4 üretildiğini bulmuştur. Rasching yönteminde, aşağıdaki üç basamak vardır.

adsiz

Ayşe, yukarıdaki tepkimelere dayalı olarak fabrikada N2H4 üretimine başlamış ancak yan ürün olarak N2 ve NH4Cl de elde ettiğini görmüştür. Bu maddelerin nasıl oluştuğunu merak eden Ayşe, yaptığı çalışmalar sonunda bir ara ürün olan NH2Cl’in, N2H4’in ile reaksiyona girdiğini ve reaksiyonun Rasching yönteminin üçüncü basamağı ile yarıştığını saptamıştır.

adsiz1

Yan tepkimeden kaynaklanan ürünlerin oluşmasını engelleyemeyen Ayşe, damıtma, kristallendirme gibi saflaştırma yöntemlerinden yararlanmış ve N2H4’i % 98 saflıkta elde etmiştir. Tüm bu işlemler sonunda işin maliyetini belirleyebilmek için verim hesabı yapan Ayşe, N2H4’in % 60 verimle üretilebildiğini bulmuştur.

Teorik bilgi

Kimyasal reaksiyonlarda ne kadar ürün oluşacağını önceden kestirebilmek önemlidir. Bunun için reaksiyon denkleminden yararlanılarak hesaplama yapılabilir. Bir kimyasal tepkimede oluşan ürünün hesaplanan miktarı, tepkimenin kuramsal (teorik) verimi olarak adlandırılır.

Günlük yaşam uygulamalarında reaksiyonlar için teorik olarak hesaplanan ürün miktarı ile gerçekte elde edilen ürün miktarı genellikle aynı değildir. Bunun için yüzde verim tanımlanmıştır. Yüzde verim aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanır.

verim

Kimyasal reaksiyonlara dayalı üretimlerde % 100 verim elde edememenin pek çok nedeni vardır. Bunlardan ilki yukarıdaki örnekte Rasching yönteminde de vurgulandığı gibi aynı koşullarda iki reaksiyonun birbiriyle yarışmasıdır. Yarışmalı reaksiyonlara osilasyonlu reaksiyon denir. Osilasyonlu reaksiyonların en bilineni Briggs – Rauscher reaksiyonudur. Eğer yarışmalı reaksiyonlar olursa reaktantlar farklı ürünlere dönüşür yani gerçek verim düşük çıkar.

Verimin az olmasının diğer bir nedeni, reaksiyonun % 100 tamamlanmaması yani denge reaksiyonu olmasıdır. Denge reaksiyonlarında reaktantların hepsi ürüne dönüşmez. Dolayısıyla ürün verimi % 100’den düşük olacaktır.

Kimyasal reaksiyonlarda verimin düşük çıkmasının başka bir nedeni ise saflaştırma işlemlerinde madde kaybının olmasıdır. Örneğin Rasching yöntemiyle hidrazin üretimi yapılırken oluşan hidrazin yanında NH4Cl, NaCl, NaOH bulunabilmektedir. Hidrazinin bu maddelerden ayrılabilmesi için kristallendirme, buharlaştırma, süzme gibi saflaştırma yöntemleri kullanılır. Her bir saflaştırma işleminde bir miktar hidrazin kaybolabilir. Dolayısıyla verim düşmüş olur.

Kimyager Ayşe’nin Verimle İmtihanı
4.8 (95%) 4 votes

Yazar Hakkında

Yücel Gider

İstanbul Üniversitesi FBE Fiziksel Kimya Anabilim Dalı Yüksek Lisans Öğrencisi

1 Yorum

Bir Yorum Bırakın

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.