Upload
landa
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Aurkibidea1. SARRERA2. SOLIDO-LIKIDO OREKA3. ETAPA BATEKO ERAUZKETA4. ETAPA ANIZKUNEKO SISTEMETAKO ETAPA-
KOPURUA4.1. Korronte gurutzatuak4.2. Kontrakorrontea
4.2.1. Disolbatzailearen kantitate optimoa5. LIXIBIAZIOKO DIFUSIO EREDUABIBLIOGRAFIA
5. Solido5. Solido--likido erauzketalikido erauzketa
S. AlvarezS. Alvarez
Bereizketa ProzesuakBereizketa Prozesuak Solido-likido erauzketa Solido-likido erauzketa, lixibiazioa, Ingeniaritza Kimikoaren eragiketa da non solido
baten osagai bat edo batzuk bereizten dira disolbatzaile likidoaren bidez. Bereizketaren lehenengo prozesua izan zen Erabilerak Solutua produktu baliogarria
Metalgintzan: meen lixibiazioa Al, Co, Cu, Mn, Ni, Zn Elikagaigintzan: erremolatxaren azukrea (ur beroarekin), hazien olioa
(disolbatzaile organikoekin), Farmazia industria: landareen lurrinak eta botikak
Solutua azpiproduktua edo ezpurutasuna Elikagaigintzan : kafearen deskafeinatzea; tabakoaren desnikotinatzea, Kimika industria: adsorbatzaileen eta katalizatzaileen erregenerazioa;
lubrifikatzaileen purifikazioa,
Lixibiatutako solutuak: Solutu organikoak: kafea, sakarosa... Solutu ezorganikoak: gatz metalikoak,...
S. AlvarezS. Alvarez
5.1. Sarrera5.1. Sarrera
Nomenklatura3 osagai; A solido geldoa; B disolbatzailea; C solutua
F: elikaduraS: disolbatzaileaR: finduaE: erauzkina
xF: solutuaren frakzio masiko elikaduran, kg C/(kg A + kg B + kg C)
yS: solutuaren frakzio masikoa disolbatzailean, kg C/(kg A + kg B + kg C)
xR: solutuaren frakzio masikoa finduan,kg C/(kg A+ kg B+kg C)
yE: solutuaren frakzio masikoa erauzkinean, kg C/(kg A + kg B + kg C)
C
F xF E yE
R xR S yS
5.1. Sarrera5.1. Sarrera
S. AlvarezS. Alvarez
A
C
B
Triangelu angeluzuzena
S. AlvarezS. Alvarez
5.2. Solido5.2. Solido--likido orekalikido oreka
A
C
B
R
E
x ardatza disolbatzailearen frakzio masikoa y ardatza solutuaren frakzio masikoa
R
E
solutuaren adsortziorik ez solutuaren kontzentrazioa solidoan eta disoluzioan berdina
banaketa-zuzenak jatorritik pasatu
Erauzkinaren erretentzio-kurba
Finduaren erretentzio-kurba
Erauzkinaren erretentzio-kurba
Finduaren erretentzio-kurba
5.3. Etapa bateko erauzketa5.3. Etapa bateko erauzketaMxM
SolidoaF, xF
DisolbatzaileaS, yS
Hondar solidoaR, xR
DisoluzioaE, yE
MB F + S = M = R + ESB F xF + S ys = M xM = R x + E y
Erretentzio-kurbak irudikatu y vs x* banaketa-zuzenak F (xcF, xBF) eta S (ycs, yBs) kokatu eta lotu
S. AlvarezS. Alvarez
A
C
BS
F M FS zuzenean a) Materia balantzea
F + S = MF xF + S ys = M xM
b) Palanka-erregela
FMS
FSM
MSF
MxMM
ySFxx sFM
Azken konposizioen kalkulua Datuak: F, xF, S, ys Kalkulatu xR Diseinua
5.3. Etapa bateko erauzketa5.3. Etapa bateko erauzketa
M-tik pasatzen den banaketa-zuzena interpolatu
S. AlvarezS. Alvarez
A
C
B
R
E
S
F
MxM
Azken konposizioen kalkulua Datuak: F, xF, S, ys Kalkulatu xR Diseinua
xR
yE
R, Ea) Materia balantzea
M = E + R M yM = E y + R x
b) Palanka-erregela
Prozesu erraza Disolbatzailearen kantitate handia
eragiketa garestia
EMR
MER
REM
M FS eta RE zuzenen arteko elkargunea a) Materia balantzea
F + S = M S askatuF xF + S ys = M xM
b) Palanka-erregela
5.3. Etapa bateko erauzketa5.3. Etapa bateko erauzketa
A
C
B
RN
E
S
F
MxMxR
yE R, E
a) Materia balantzeaM = E + R M yM = E y + R x
b) Palanka-erregelaE
MRMER
REM
Disolbatzailearen kantitatearen kalkulua Datuak: F, xF, xR, yS Kalkulatu S Diseinua Eretentzio-kurbak irudikatu y vs x* banaketa-zuzenak F (xcF, xBF), S (ycs, yBs) eta RN kokatu R-tik pasatzen den banaketa-zuzena irudikatu
FMS
FSM
MSF
S. AlvarezS. Alvarez
M1xM1
M2xM2
MNpxMNp
SolidoaF, xF
DisolbatzaileaS1, yo
R1 x1
RN-1xN-1
Hondar solidoaRNxN
E1 y1
S2 yo
E3 y3E2 y2
S3 ys
Elikadura lehenengo etapara sartu Disolbatzailea etapa guztietara sartu (kantitateak berdinak ala desberdinak) Solidoa aurreko etapatik hurrengo etapara pasatu Solido bakarra, Rn lortu Disoluzioa etapa guztietatik irten, orokorrean nahastu (batez besteko
kontzentrazioa, y)
Materia balantzeakRi-1 + Si = Mi = Ri + EiRi-1 xi-1 + Si yi = Mi xMi = Ri xi + Ei yi
E y
S. AlvarezS. Alvarez
5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa--kopuruakopurua5.4.1. Korronte gurutzatuak
Azken konposizioen kalkulua Datuak: F, xF, S, yS, N Kalkulatu xN Diseinua
Materia balantzeaF + S1 = M1F xF + S1 ys1 = M1 xM1
R1, E1Materia balantzeaM1 = R1 + E1M1 xM1 = R1 x1 + E1 y1
111111
111111EREMMR
EMEMRR
111
11FSSMFM
SMSFMF
11SF
1M MySxFx
1. etapa
Palanka erregela
Palanka erregela
S. AlvarezS. Alvarez
5.4.1. Korronte gurutzatuak5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa--kopuruakopurua
A
C
BS
F
M1xMR1
E1xR
yE
Materia balantzeaR1 + S2 = M2R1 x1 + S2 ys2 = M2 xM2
R2, E2Materia balantzeaM2 = R2 + E2M2 xM2 = R2 x2 + E2 y2
222222
222222
EREMMR
EMEMRR
SRSMMR
SMSMRR
1221
2211
2
2S2112M M
ySxRx
2. etapa
Palanka erregela
Palanka erregela
S. AlvarezS. Alvarez
5.4.1. Korronte gurutzatuak5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa--kopuruakopurua
A
C
BS
FM1xM1
R1
E1x1
y1
xM2M2
R2
E2x2
y2 Ariketa motak:
1) Kalkulatu xN Diseinua2) Kalkulatu N Diseinua3) Kalkulatu S Simulazioa
Azken konposizioen kalkulua Datuak: F, xF, S, yS, N Kalkulatu xN Diseinua
M1xM1
M2xM2
MNxMN
SolidoaF, xF
DisoluzioaE1, y1
R1x1
E2y2
Elikadura lehenengo etapara sartzen da eta disolbatzailea azken etapara sartzen da Solido lixibiatua aurreko etapatik hurrengo etapara sartzen da Disoluzioa hurrengo etapatik aurreko etapara sartzen da Materia balantzeak
Barne balantzea F + S = M = RN + E1Kanpoko balantzea F - E1 = RN - S = RSB F xF + S ys = M xM = RN xN + E1 y1
RN-1xN-1
ENyN
Solido lixibiatuaRNxN
DisolbatzaileaS, yS
R2x2
E3y3
M3xM3
R3x3
E4y4
5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa--kopuruakopurua5.4.2. Kontrakorrontea
S. AlvarezS. Alvarez
N etapa-kopuruaren kalkulua diseinua Datuak: F, xF, S, yS, RN xN Kalkulatu N diseinua Erretentzio-kurbak irudikatu y vs x* banaketa-zuzenak F eta S kokatu eta lotu eta RN kokatu M kokatu
RN M-rekin lotu
E1-tik pasatzen den banaketa-zuzena irudikatu R R1-ekin lotu eta erretentzio-kurban E2 E2-tik banaketa-zuzena
5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa--kopuruakopurua5.4.2. Kontrakorrontea
A
C
BRN S
F
xM
xR
Materia balantzeax F x S y
MMF S
FSMSFM
MSSFMF
Palanka erregela
Kanpoko balantzea R FE1 eta RNS zuzenen elkargunea
M
E1
RN - S
F - E1
R E2R1
S. AlvarezS. Alvarez
Azken finduaren konposizioaren kalkulua Datuak: F, xF, S, yS, N kalkulatu xN Simulazioa
Suposatu xNKalkulatu M, Ri, Ei,
xi, yi, xi xN arte Kalkulatu N
Nkalkulatutako = Nemandako?
BAI
EZ
xN
S. AlvarezS. Alvarez
Suposatu S Kalkulatu M, Ri, Ei, xi, yi , N arte Kalkulatu xN
xN kalkulatutako = xN emandakoa?
BAI
EZ
S
Disolbatzaile kantitatearen kalkulua Datuak: F, xF, xN, yS, N kalkulatu S Simulazioa
5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa--kopuruakopurua5.4.2. Kontrakorrontea
5.4. Etapa 5.4. Etapa anizkunekoanizkuneko sistemetakosistemetako etapaetapa--kopuruakopurua5.4.2. Kontrakorrontea
5.4.2.1. Disolbatzailearen kantitate egokiaN = f (S); S N kostua kantitate optimoaS M S, R ezkerrerantzS FE1 eta RNS paraleloak R Kantitate egokia = kte * kantitate minimoa
A
C
BRN S
F
xM
xR
M
E1max
RN - S
F - E1
Rm
S. AlvarezS. Alvarez
Disolbatzailearen S minimoa F-tik pasatzen den banaketa-zuzena
FFM S M SFM M S FS
m min m min
m m min min
Materia balantzea F + Smin = Mm Smin askatuF xF + Smin ys = Mm xM
Palanka erregela
Eraginkortasuna Eraginkortasun globala, Eo
Murphree-ren eraginkortasuna, EM- y vs x* diagrama pseudoreka-kurba- Operazio-kurba irudikatu
- R puntutik zorizko zuzenak irudikatu - (F, R1), (E1, R2), operazio-lerroaren puntuak
- Etapa-kopurua = maila-kopurua
S. AlvarezS. Alvarez
5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa5.4. Etapa anizkuneko sistemetako etapa--kopuruakopurua5.4.2. Kontrakorrontea
etapa kopurua etapa kopuruaEerreal
teorikoo
5.5. 5.5. LixibiaziokoLixibiazioko difusio ereduadifusio eredua Zinetikaren determinazioa garrantzitsua da: Ekipamenduaren diseinua egiteko Ukipen denbora jakiteko
Lixibiazioan gertatzen diren prozesuak oso zailak dira, faktore asko daudelako Elikagaien lixibiazioa Solutuaren transferentzia difusio molekularraren bidez
Fick-en 2. legea
Zinetikaren araberani= kc A (yEi yEs) yEi: solutuaren kontzentrazioa solido-likido fase artean
yEs: solutuaren kontzentrazioa erauzkinaren disoluzioan Ekuazioak berdinduz
Oreka lerro zuzena y= m x*a: solidoaren neurri esanguratsua (erradioa, loditasunaren erdia, )
(Bi)m : Biot zenbaki adimentsionala(Bi)m > 200 erresistentzia disoluzioan arbuiagarria(Bi)m < 0.01 erresistentzia solidoan arbuiagarria0.01 < (Bi)m < 200 bi erresistentziak kontuan hartu
rxADn iei
)yy(Akr
xADn EsEiciei
me
cEsEi
Ei
)Bi(D
km)a/r(
yyy
S. AlvarezS. Alvarez
5.5. Lixibiazioko difusio eredua5.5. Lixibiazioko difusio eredua
1. Disolbatzailearen transferentzia ingurunetik partikularen gainazaleraino
2. Disolbatzailearen difusioa partikularen barruan
3. Solutuaren disoluzioa disolbatzailean4. Disoluzioaren difusioa partikularen
barruan5. Disoluzioaren transferentzia partikularen
gainazaletik inguruneraino
1 eta 5 etapak eta 2 eta 4 etapak berdinak kontrako noranzkoan
Kontzentrazio baxuetan dauden balio altuko metalak berreskuratzeko
Prozesua solido-likido erreakzioaren antzekoa da, beraz ondoko 5 etapak daudela suposatzen da:
Meen lixibiazioa
S. AlvarezS. Alvarez
Meen lixibiazioa Nukleo beherakorraren eredua (errekazionatu gabeko nukleoaren eredua) Disolbatzaileak gainazalean baino ez du eragiten 2. etapa kontrolatzailea (disolbatzailearen difusioa solido barnean) B disolbatzailearen difusio abiadura solido porotsuan
Fick-en 2. legea (1)
Muga baldintzakr = rs CB= CBi = CBsr = rc CB=0
(1) ekuazioa integratuz(2)
r-rekiko deribatuz(3)
0dr
dCrdrd
rD B2
2e
5.5. 5.5. LixibiaziokoLixibiazioko difusio ereduadifusio eredua
sc
cBsB r/r1
r/r1CC
)r/r1(rC
drdC
scc
Bs
rr
B
c
S. AlvarezS. Alvarez
Meen lixibiazioa Nukleo beherakorraren eredua (errekazionatu gabeko nukleoaren eredua) Difusio abiadura r = rc posizioan
Fick-en 1. legea (4)NB: B-ren molak
(3) ekuazioa (4) ekuazioan ordezkatuz(5)
Disolbatzailearen mol bakoitzeko solutuaren b mol erauzizNC: C-ren molak (6)
Solutuaren difusio-abiadura(7)
c: solutuaren hasierako masa solidoaren bolumen unitatekoMc: solutuaren pisu molekularra
srr
Be
2c
BB dr
dCDr4dt
dNn
5.5. 5.5. LixibiaziokoLixibiazioko difusio ereduadifusio eredua
)r/r1(CDr4
dtdN
sc
BsecB
)r/r1(CDrb4
dtdNb
dtdN
sc
BsecBC
dtdr
Mr4r
34
dtd
MdtdN c
c
c2c
3c
c
cC
S. AlvarezS. Alvarez
Meen lixibiazioa Nukleo beherakorraren eredua (errekazionatu gabeko nukleoaren eredua) (6) eta (7) ekuazioak berdinduz
(8)
(8) ekuazioa integratuz, t=0 rc= rs muga baldintzarekin(9)
Erauzketa osoa bada, rc= 0(10)
5.5. 5.5. LixibiaziokoLixibiazioko difusio ereduadifusio eredua
dtdr
Mr4
)r/r1(CDrb4
dtdN c
c
c2c
sc
BsecC
3
s
c2
s
c
Bsce
2sc
rr2
rr31
CMbD6rt
Bsce
2sc
CMbD6rt
S. AlvarezS. Alvarez
5.6 Solido5.6 Solido--likido erauzketarako ekipamendualikido erauzketarako ekipamendua Ekipamendua = f (solidoen tamaina eta itxura fisikoa) Solidoak birrindu eta eho lixibiazioa bizkortu solutuaren disolbagarritasuna erraztu Lixibiazioaren denbora laburragoa lixibiazioaren kostuak txikiagoak birrintze-
kostuak handitu optimoan lan eginEgoeraren araberako sailkapena
- Lixibiazioa in situ- Lixibiazioa atari-zabalean
Egoera - Iragazketa tanke irekia
ez-geldikorra - Iragazketa tanke itxia- Lixibiazioa plantan - Prentsa-iragazkia
- Tanke irabiatua- Shanks sistema
- Tanke irabiatuaEgoera - Ekipo horizontalak - Rotocel erauzgailua
geldikorra - Kennedy erauzgailua- Ekipo bertikala - Bollman erauzgailua
S. AlvarezS. Alvarez
Egoera ez-geldikorreko lixibiazioa Solidoa eta likidoa kargaka elikatu (ezjarraituan) ala solidoa kargaka eta likidoa jarraituan
elikatu (erdijarraituan)
Lixibiazioa in situ Soluzio-meatzaritza deitu Meen lixibiazioa meatokian bertanTutuerien bidez disolbatzailea meategira
sartu Kontzentrazio txikiak Tirakite
disolbatzailea ez lurrintzeko Erremolatxaren azukrea uretan 78C-tan Kafeontzi
italiarra
Iragazketa tanke irekia
S. AlvarezS. Alvarez
Tanke irabiatuak Solido oso txikiak dp< 0.1 mm Irabiaketa mekanikoarekiko tankeakPrentsa-iragazkiko eragiketa baino
azkarragoa Pachuca tankea
Pachuca tankea
Airea igotzekotutua
Airearen sarrera
Area
Deflektorea
Solidosedimentatuak
askatzekoairea
Prentsa-iragazkiak Solido oso txikiak dp< 0.1 mm Iragazkian bertan
Egoera ez-geldikorreko lixibiazioa5.6 Solido5.6 Solido--likido erauzketarako ekipamendualikido erauzketarako ekipamendua
S. AlvarezS. Alvarez
Shanks sistemaSistema erdijarraitua t unea 6. tankea hutsik eta 1-5 tankeak
solidoz beteta disolbatzailea 1. tankera sartu, 1-tik 2-era
pasatu, 5-era heldu arte 1. tankea husten den bitartean, 6. tankea
solidoz bete disolbatzailea 2. tankera sartu Etapa-kopurua= Nt-1
Egoera ez-geldikorreko lixibiazioa5.6 Solido5.6 Solido--likido erauzketarako ekipamendualikido erauzketarako ekipamendua
Tanke irabiatuak Etapa bakoitzeko plantaren
azalera kostua Irabiaketa mekanikoa (turbina) Pachuca tankea metalgintzan Door tankea
Door tankea
Egoera geldikorreko lixibiazioa
S. AlvarezS. Alvarez
Rotocel erauzgailua Kontrakorrontean Shanks sistemaren antzekoa Tankeak biratu Solidoa etapa batera sartuDisolbatzailea beste etapa batera sartuEtapa bakoitzean disolbatzailea bildu
eta hurrengo etapara sartu Bira bat eman ostean solidoa atera,
gelaxka huts eta haziak berriro elikatu
Etapa-kopurua < Nt Horizontala tamainua Hazietarako
5.6 Solido5.6 Solido--likido erauzketarako ekipamendualikido erauzketarako ekipamendua Egoera geldikorreko lixibiazioa
S. AlvarezS. Alvarez
Kennedy erauzgailua Etapakako ekipo horizontala da Kontrakorrontean Hazien olioa lixibiatzeko eta lixibiazio kimikoetarako
Erauzkina
Solidoarensarrera
Disolbatzailearensarrera
SolidoagortuaLikidoaren
emaria
Solidoarenemaria
5.6 Solido5.6 Solido--likido erauzketarako ekipamendualikido erauzketarako ekipamendua Egoera geldikorreko lixibiazioa
Disolbatzailepurua
Solidoensarrera
Erdi-miszela
Gurpila
Miszela totala
Saskiak Bollman erauzgailua Ekipo bertikala Solidoa saski zulatuetaraDisolbatzailea goiko aldera sartu saskien zuloetatik
eroriSaskiak eskuinaldean jaitsi korronte paraleloanezkerraldean igo kontrakorronteanSolidoa gora heltzean, atera eta solido berria sartu
S. AlvarezS. Alvarez
OinarrizkoOinarrizko bibliografiabibliografia Henley, E.J., Seader, J.D., Roper, K., Separation Process Principles.
3. ed. John Wiley: New York (2011), 16. atala, 708-728 or.
Treybal R.E., Mass Transfer Operations. 3. ed. Boston: McGraw-Hill (1998). Operaciones de Transferencia de Masa. 2. ed. Mxico, Madril: McGraw-Hill, (1986), 13. atala, 792-845 or.
King, C.J. Procesos de separacin, Revert: Bartzelona (1980).
Coulson, J.M. Richardson, J.F. Ingeniera Qumica. Revert: Bartzelona (1979-84).
S. AlvarezS. Alvarez