5_solido-likido_erauzketa_2013-14

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,...


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


A

C

B

Triangelu angeluzuzena


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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 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


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



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


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


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


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


)r/r1(CDr4

dtdN

sc

BsecB

)r/r1(CDrb4

dtdNb

dtdN

sc

BsecBC

dtdr

Mr4r

34

dtd

MdtdN c

c

c2c

3c

c

cC


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)


dtdr

Mr4

)r/r1(CDrb4

dtdN c

c

c2c

sc

BsecC

3

s

c2

s

c

Bsce

2sc

rr2

rr31

CMbD6rt

Bsce

2sc

CMbD6rt


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


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


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


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


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


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


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).


5_solido-likido_erauzketa_2013-14

Documents