Separasi dengan difusi termal

Pemisahan/separasi campuran berdasarkan perbedaan difusivitas termal hadir hanya untuk tujuan analitis atau untuk produksi pada skala yang sangat kecil dari zat yang tidak dapat dipulihkan dengan mudah. Namun demikian, topik ini menarik bagi insinyur proses sebagai teknik pilihan terakhir.

Difusi termal adalah gerakan relatif dari komponen campuran atau larutan gas, yang terbentuk ketika ada gradien suhu dalam suatu media. Difusi termal dalam cairan memiliki istilah alternatif, efek Soret, dinamai ilmuwan Swiss, yang menyelidiki difusi termal dalam larutan pada tahun 1879–1881. Difusi termal dalam gas secara teoritis diprediksi oleh Chapman dan Enskog (1911–1917) berdasarkan teori kinetik gas, dan kemudian ditemukan secara eksperimental oleh Chapman dan Dutson pada tahun 1917.

Konstruksi dasar sel difusi termal horizontal adalah sketsa pada Gambar (a). Ketika gas akan dipisahkan, jarak antara pelat bisa beberapa mm; untuk zat cair adalah nol koma sekian mm. Efek pemisahan difusi termal dan arus konveksi ditumpangkan dalam peralatan Gambar (b), yang disebut termogravitasi atau kolom Clusius-Dickel yang ditemukan pada tahun 1938. Tersedia kolom komersial yang digunakan untuk tujuan analisis ada pada Gambar (c). Beberapa kolom seperti itu secara seri diperlukan untuk pemisahan tingkat tinggi.

Kolom difusi termal. Sumber: Buku Chemical Process Equipment: Selection and Design (1990)

Clusius dan Dickel menggunakan kolom sepanjang 36 m untuk membuat 99+% murni isotop klorin dalam HCl. Kaskade pada gambar dibawah memiliki total panjang 14 m; sebagian besar diameter annular adalah 25,4 mm, dan lebar annular berkisar dari 0,18 hingga 0,3 mm. Kaskade digunakan untuk memulihkan isotop berat belerang dalam karbon disulfida; laju produksi konsentrat 90% dari isotop berat dapat mencapai 0,3 g/hari.