Drop evaporation of multicomponent liquids

Abstract

Çok bileşenli karışımların, özellikle etanol su içeren damla buharlaşmasının anlaşılması, mürekkep püskürtmeli yazıcı, mikro-elektroniklerin soğutulması ve gibi pek çok endüstri için önem taşımaktadır. Bununla birlikte, çok bileşenli sıvıların damla buharlaşmasının anlaşılması saf sıvılarınkine kıyasla daha güçtür. Bu tez çalışmasında saf suyun, saf etanolün ve ikili etanol su karışımlarının difüzyon yoluyla olan damla buharlaşması, sabit bağıl nem ve sıcaklıklarda incelenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, bağıl nem yükseldikçe etanol içeren damlalara ortamda mevcut olan su buharının adsorplanmasıyla buharlaşma hızı düşmüştür . Ağırlıkça 25% etanol içeren iki-bileşenli etanol-su damlanın buharlaşmasının saf su damlasının buharlaşmasına benzediği ve ağırlıkça 75% etanol içeren damlanın buharlaşmasının ise saf alkol damlasının buharlaşmasına benzediği gözlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında, etanol-su içeren damlaların buharlaşma hızlarını önceden hesaplayabilmek üzere yeni bir teorik model önerildi. Bu modeli geliştirmek için etanol-su içeren damlaların bileşimlerindeki değişim, buharlaşma esnasında damlalardan alınan numunelerdeki etanol miktarının kırılma indisi yöntemiyle saptanmasıyla gözlendi. Daha sonra, etanol-su damlalarının buharlaşmasını etkileyen toplam buharlaşma basınçları, ortalama difüzyon katsayıları, molekül ağırlıkları ve yoğunlukları gibi parametreler fiziksel kimya literatüründen faydalanılarak hesaplandı. Önerilen modelin etanol-su damlalarının buharlaşma hızıyla ilgili (dV(2/3)/dt) deneysel verilere çok iyi uyduğu saptandı. Çalışmanın son aşamasında, farklı başlangıç derişimlerinde etanol-su-trans-anetol içeren üçlü (Ouzo) sıvı damlalarının farklı bağıl nemdeki buharlaşmaları incelendi. Beklendiği gibi artan bağıl nemin buharlaşma sürelerini uzattığı ve faz ayrımı ve damlanın renginin beyazlaşması için geçen süreyi kısalttığı gözlendi.The understanding of the drop evaporation consisting of multi-component mixtures, in particular ethanol-water drops is important in many industries such as ink jet printing, cooling of microelectronics applications. However, the evaporation of binary and multicomponent liquid drops is more complicated than that of the pure liquids due to the change of the composition of the drop by time. Experimental results on the diffusive drop evaporation behavior of multicomponent liquids under constant relative humidity and temperature conditions were reported. In the first phase, the most important effect of the RH increase of the medium resulted in the increase of the adsorption quantity of water vapor from the environment onto the ethanol containing drops. Evaporation rate of a binary drop containing 25% ethanol by wt. was close to that of pure water and 75% ethanol by wt. was close to that of pure ethanol. In the second phase, a theoretical model to calculate the rate of binary drop evaporation was proposed. The concentration changes in the bulk composition of ethanol-water binary drops were monitored using a refractive index method. Then the parameters affecting the drop evaporation process such as total vapor pressures, average diffusion coefficient of binary vapors, molecular weights and densities of the liquid drops were used. It was found that the proposed model fitted the experimental data (dV(2/3)/dt) points very well. In the final phase, the drop evaporation of ternary mixtures of ethanol-water-trans-anethole (Ouzo) was investigated in terms of effect of relative humidity and effect of initial ethanol concentration in the drops. When the RH of the medium was increased the evaporation duration was lengthened and the duration of a milky white drop formation due to the spontaneous nucleation of the tiny oil was decreased.