Kolonni

Kolonni on kemianteollisuuden aineensiirron yksikköoperaatioissa käytetty laite, jota käytetään aineiden erottamiseen toisistaan. Kolonni on pohjimmiltaan pystysuora putki, jossa tapahtuu kahden fluidin vastavirtaus. Aine siirtyy fluidista toiseen jakaumakertoimen sekä Raoultin lain mukaisesti. Kolonnissa oletetaan tapahtuvan täydellinen sekoittuminen. Ainakin toinen kolonnin läpi kulkevista fluideista on nestefaasissa toisen voidessa olla joko neste- tai kaasufaasi.

Kolonneja käytetään erityisesti uuttamisessa, tislauksessa ja absorptio- tai adsorptioprosesseissa. Kolonni rakennetaan hyötysuhteen parantamiseksi yleensä joko pohjakolonniksi tai täytekappalekolonniksi. Laboratorioissa käytetään myös Vigreux-kolonneja, jossa lasiputken sisään on tehty sen pinta-alaa suurentavia nystermiä. Kolonnin toiminta perustuu ideaaliaskeliin; jokainen ideaaliaskel vastaa yhtä tislaus- tai virtauskertaa täysin tyhjän putken läpi. Kolonnin ideaaliaskelten määrä voidaan laskea Raoultin lain mukaisesti siirtyvien aineiden faasitasapainokäyrän sekä kolonnin käyttöviivan mukaisesti konsentraatioiden logaritmien avulla, tai graafisesti McCabe-Thiele-menetelmällä. Kun ideaaliaskelten määrä kerrotaan kolonnin kokonaishyötysuhteella (laskettavissa paikallis- ja Murphree-hyötysuhteen kautta), saadaan tarvittavien reaaliaskelten määrä. 

Pohjakolonnissa jokainen reaaliaskel vastaa yhtä pohjaa (seula- tai nousuputkipohjaa); täytekappalekolonnissa reaaliaskel vastaa HETP-lukemaa (Height Equivalent of Theoretical Plate), joka voidaan laskea ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälöllä. Kertomalla HETP-lukema reaaliaskelten määrällä saadaan tarvittava täytekappalekerroksen korkeus.

Täytekappalekolonnien täytekappaleina käytetään kappaleita, joilla on toisaalta suuri pinta-ala, mutta joiden tilavuudesta suuri osa on tyhjää ilmaa, sillä fluidi virtaa niiden läpi. Yleisimmin käytetyt täytekappaleet ovat Raschig-renkaat, Pall-renkaat, Berl-satulat ja Intalox-satulat. Täytekappaleina on käytetty myös teräsvillaa, ruostumattomasta teräksestä valmistettuja muttereita tai jousialuslevyjä, lasimurskaa tai lasikuulia. Absorptiokolonneissa täytemateriaalina on useimmiten aktiivihiili.

Lähteet

Luokka:Laboratoriotarvikkeet