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Assorbimento e Stripping - Forli

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Prof. Roberto Riguzzi<br />

1


ASSORBIMENTO<br />

E’ una operazione unitaria la cui finalità è l’eliminazione di un soluto<br />

volatile contenuto in una miscela gassosa. Il solvente<br />

liquido scende dall’alto mentre la miscela gassosa entra<br />

dal basso. È una operazione unitaria a stadi multipli.<br />

Si usano colonne a piatti o a riempimento.<br />

La velocità di assorbimento deve essere elevata.<br />

Il soluto (gas) deve essere solubile nel solvente (affinità)<br />

Il solvente deve avere volatilità bassa e bassa viscosità.<br />

La solubilità del gas nel liquido all’equilibrio dipende<br />

dalla sua natura, dalla t°( diminuisce aumentando la t°)<br />

e aumenta all’aumentare della pressione parziale.<br />

Per soluzioni diluite vale la legge di Henry:<br />

P A = H * C A : con C A concentrazione del gas disciolto<br />

( mol/l ) e H costante di Henry che dipende dalla<br />

natura della coppia liq-gas e dalla t°.<br />

La P A è quindi funzione lineare della concentrazione.<br />

L,X IN<br />

G I ,Y IN<br />

La pressione parziale è: P A = Y A * Ptot.<br />

La legge di Henry può perciò essere espressa come frazioni molari<br />

Y A =H/Ptot*xA<br />

G I ,Y US<br />

L,X US<br />

2


Le due fasi in contatto tenderanno alle condizioni di equilibrio. Le<br />

composizione del soluto in fase liquida e in fase vapore dovranno<br />

soddisfare la legge di Henry.<br />

Il problema consiste nel ricavare P A e C A e da questi la quantità di<br />

gas assorbibile nel tempo T attraverso una determinata superficie<br />

di contatto.<br />

Questo consente di dimensionare l’apparecchiatura di<br />

assorbimento in funzione della quantità oraria di gas da assorbire<br />

e delle rispettive pressioni parziali e concentrazioni in fase<br />

gassosa e in fase liquida. Si fa uso pertanto di equazioni di<br />

bilancio e di trasferimento di materia.<br />

Per quanto riguarda il trasferimento di materia si utilizza il<br />

concetto di forza spingente e si fa riferimento al modello del<br />

doppio film. All’interfase di separazione liq-gas si forma un film<br />

stagnante sia nella fase liquida che nella fase gas dove le<br />

concentrazioni soddisfano la legge di Henry.<br />

Lontano dall’interfase, oltre il film stagnante, le concentrazioni<br />

sono costanti.<br />

3


Nel caso di assorbimento di soluto gassoso nel liquido le<br />

composizioni possono essere descritte alternativamente in<br />

termini di pressioni parziali o frazioni molari per la fase gas e di<br />

concentrazioni o frazioni molari per la fase liquida.<br />

All’interfase pi = H * ci<br />

trasferimento<br />

interfase<br />

Profilo della concentrazione<br />

Attraverso il doppio film.<br />

P<br />

Y<br />

film fase gas<br />

film fase liq.<br />

pi=H * ci<br />

C<br />

Yi=H * Xi<br />

X<br />

4


Il trasferimento del soluto è descritto dalla legge di Fick,:<br />

N S = – D L *<br />

d C S<br />

d Z<br />

dove N S rappresenta la quantità di soluto che attraversa l’unità di<br />

superficie nell’unità di tempo.<br />

d C S è la variazione infinitesima di concentrazione tra due punti<br />

a distanza d Z<br />

D L è il coefficiente di diffusione del soluto gas nella fase liquida.<br />

Applicata al film liquido di spessore Z L diventa:<br />

Ci - C<br />

N S = D L<br />

Z L<br />

Essendo lo spessore di difficile calcolo si usa K L = =<br />

coefficiente di trasferimento di massa.<br />

Z L<br />

Il calcolo di K L si effettua con misure sperimentali.<br />

D L<br />

5


DIMENSIONAMENTO DELLE COLONNE DI ASSORBIMENTO A<br />

STADI<br />

Il dimensionamento delle colonne di assorbimento consiste nella<br />

risoluzione delle equazioni di bilancio e nel caso di colonne a stadi nel<br />

calcolo del numero di piatti necessari ad effettuare la separazione.<br />

Si opera graficamente, analogamente al diagramma di Mc Cabe che<br />

vedremo nella distillazione, riferendosi ad una retta di lavoro che<br />

rappresenta la relazione tra le composizioni delle correnti<br />

all’interstadio ed una curva di equilibrio (può essere anche una retta)<br />

che rappresenta la relazione tra le correnti in uscita da ogni piatto.<br />

Bilanci di materia<br />

Nell’assorbimento non vi è costanza tra le portate di vapore e liquido<br />

lungo la colonna. La portata della fase gas diminuisce dall’ingresso<br />

verso l’uscita mentre la portata della fase liquida aumenta. Per<br />

questo motivo è opportuno riferirsi alla portata dell’inerte per la fase<br />

gassosa e alla portata del solvente per la fase liquida. A differerenza<br />

dell’estrazione dove sono state usate le frazioni in massa,<br />

nell’assorbimento e stripping si utilizzano i rapporti molari Soluto /<br />

Solvente L e Soluto / Inerte GI<br />

6


Per capire meglio cosa rappresenta GI consideriamo per esempio di<br />

avere HCl gassoso al 30%, in questo caso l’inerte GI avrà la portata<br />

pari al rimanente 70%<br />

Relazioni tra frazioni molari e rapporti molari<br />

x y X Y<br />

X = _______ ; Y = _______ ; x = _______ ; y = _______<br />

1 – x 1 – y X + 1 Y + 1<br />

Bilancio di materia riferito al soluto: Determiniamo il bilancio di<br />

materia attraversante un generica sezione della colonna e una delle<br />

due sezioni estreme.<br />

Soluto che entra dal basso della colonna in fase gassosa assieme<br />

all’inerte GI (avente Y IN ) + Soluto presente nel solvente L, (in<br />

fase liquida) che entra dalla testa della colonna ( con X IN ) =<br />

Soluto che esce assieme al solvente L, dalla coda della colonna<br />

(con X US ) + Soluto che non è stata assorbita che esce assieme a<br />

GI dalla testa della colonna ( con Y us )<br />

7


G I ,Y US<br />

L,X IN<br />

Y IN<br />

Coda<br />

colonna<br />

y<br />

Y US<br />

testa<br />

X IN x X US<br />

G I ,Y IN<br />

G<br />

L,X US<br />

8


Bilancio: GI * Y in + L * X in = GI * Y us + L * X us<br />

Si può scrivere: GI * ( Y in - Y us ) = L * (X us - X in )<br />

equazione rappresenta<br />

L<br />

una retta avente il valore ___ come coefficiente angolare e<br />

GI<br />

passante per i punti: (X in ; Y us ) e ( X us ; Y in ) che<br />

rappresentano le composizioni in testa e in coda alla colonna.<br />

Considerando un piatto generico ( Y e X generiche ) :<br />

questa<br />

GI * Y in + L * X = GI * Y + L * X us che può essere scritta<br />

come:<br />

GI * ( Y in - Y ) = L * (X us - X ) la quale rappresenta la retta<br />

di lavoro per tutta la colonna di assorbimento.<br />

9


Dove:<br />

GI * Yin rappresentano le moli iniziali di A nella fase gas in<br />

ingresso dalla coda;<br />

L * X in rappresentano le moli di A nella fase liquida iniziale in<br />

ingresso dalla testa. Questo perché :<br />

Moli di sostanza da assorbire<br />

Yin = ______________________________________<br />

Moli GI(Inerte)<br />

soluto non ass. Soluto in L Soluto assorbito in L<br />

Yus = ; Xin = ; Xus =<br />

GI (Inerte) L L<br />

GI è la portata di inerte nel gas;<br />

L la portata molare di solvente<br />

Yin e Yus i rapporti molari del soluto in fase gas all’ingresso e all’uscita<br />

Xin e Xus i rapporti molari del soluto in fase liquida all’ingresso<br />

e all’uscita;<br />

10


Rapporto minimo: solvente / gas<br />

La retta di lavoro dovrà avere l’inclinazione tale da non<br />

toccare la curva di equilibrio ( almeno nel campo delle<br />

concentrazioni considerate ) e deve giacere, per il caso<br />

dell’assorbimento al di sopra della curva di equilibrio, e al di<br />

sotto per lo stripping.<br />

Nel punto ( X us ; Y in ) coda e ( X in ; Y us ) testa si ha:<br />

Lmin Yin - Y us<br />

= = tg α<br />

GI X us - X in<br />

Al limite, quando la retta di lavoro interseca la curva in<br />

( X T ; Y T ) si ha una condizione pinch (piatti infiniti ).<br />

Per avere una retta di lavoro con un numero di piatti ideale si<br />

opera con una portata di solvente opportuna.<br />

Lmin<br />

Dalla pendenza della retta: m =<br />

si calcola Lmin.<br />

GI<br />

11


Rapporto minimo: solvente / gas: in alternativa alla risoluzione<br />

analitica, tale rapporto può essere calcolato per via grafica. Ci sono due casi<br />

Caso curva di equilibrio convessa. La<br />

retta che la rappresenta L min /G I è quella<br />

tratteggiata. La risoluzione si ottiene<br />

collegando il punto Xin=0;Yus=0,04 con<br />

l’intersezione della retta che passa dal<br />

rapporto molare del gas in ingresso Yin<br />

con la curva di equilibrio.<br />

Caso curva di equilibrio concava. La retta<br />

che la rappresenta L min /G I è quella<br />

tangente la curva di equilibrio. La<br />

risoluzione si ottiene collegando la<br />

tangente della curva di equilibrio con il<br />

punto Xin=0;Yus=0,015 corrispondente<br />

all’estremità superiore della colonna.<br />

12


Rette di lavoro operativa e curve di equilibrio: caso stripping e assorbimento<br />

Y<br />

Y<br />

Retta di Lavoro<br />

Curva di equilibrio<br />

Retta di Lavoro<br />

Curva di equilibrio<br />

Strippaggio<br />

X<br />

<strong>Assorbimento</strong><br />

X<br />

13


Normalmente si determina la<br />

portata minima di liquido e poi si<br />

opera una maggiorazione in<br />

modo da avere un numero di<br />

piatti sufficientemente basso e<br />

evitare rischi di ingolfamento.<br />

La maggiorazione del valore di<br />

Lmin / GI dipende da<br />

considerazioni economiche.<br />

Crescendo questo valore cresce<br />

il diametro della torre, diminuisce<br />

l’altezza e cresce il costo totale).<br />

Y IN<br />

Retta di lavoro effett.<br />

Y T 4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

Yus<br />

testa<br />

coda<br />

retta per<br />

5 (L/GI )min<br />

curva di equilibrio<br />

Xin =0 X T Xus<br />

14


Si opera nel seguente modo:<br />

DATI:<br />

1) si conosce y IN e quindi Y IN , pure la % C di gas da recuperare rispetto<br />

a quanto ne era presente in G . Inoltre nel solvente L l’ X IN è<br />

generalmente = 0 o si conosce.<br />

2) G portata ( Inerte GI + Gsost. (soluto presente).<br />

3) La portata di soluto presente inizialmente è Gsost. = GI * Y IN<br />

4) Portata Inerte: GI = G – Gsost.<br />

5) Portata sost. rimossa che esce con il liquido dalla coda: GR = %C * Gsost.<br />

6) Portata sost. che esce non assorbita col gas di testa GI ,<br />

che è: sost. non rimossa = G sost. - GR<br />

sost. non rimossa che esce in testa<br />

7) calcolo di: Y US =<br />

GI inerte che esce inalterato in testa<br />

8) La retta di lavoro si traccia da (Xin=0 , Yus) fino al punto di tangenza<br />

Q (X T , Y T )<br />

Lmin Y T – Yus<br />

9) Con la formula =<br />

GI X T – 0<br />

è possibile determinare la portata minima di solvente.<br />

15


10) Normalmente Lmin va aumentato di una % data.<br />

11) E’ possibile così calcolare Leff. Leff.<br />

e quindi il coeff. angolare: m =<br />

GI<br />

che rappresenta la pendenza della retta di lavoro effettiva sulla quale è<br />

possibile determinare il numero di piatti teorici. Quest’ultima parte sempre<br />

dal punto Yus . Per i gradini si parte dal punto : (Xin=0 , Yus) (in basso nel<br />

grafico) che rappresenta la testa della colonna, fino ad arrivare a Y IN ,<br />

N teorici<br />

Poi per il numero di piatti reali si calcola: Nreali = ;<br />

η<br />

con η rendimento dato.<br />

16


ESERCIZIO ASSORBIMENTO<br />

Una portata di 100 kmol/h di aria contenente acetone ad una frazione molare<br />

y=0,1 è sottoposta a lavaggio con acqua in colonna di assorbimento a piatti per<br />

recuperarne il 90%. Determina la portata di acqua, supposta priva di acetone in<br />

ingresso, quando si opera con una maggiorazione del 20% rispetto alla portata<br />

minima. Alle condizioni di esercizio la curva di equilibrio relativa alle frazioni molari<br />

è data dai seguenti punti<br />

x<br />

0 0<br />

0,033 0,039<br />

0,072 0,083<br />

0,117 0,112<br />

y<br />

17


ESERCIZIO ASSORBIMENTO<br />

1. Calcolare la curva di equilibrio in rapporti molari<br />

X<br />

0 0<br />

0,033/(1-0,033)= 0,034 0,039/(1-0,039)= 0,041<br />

0,072/(1-0,72)= 0,078 0,083/(1-0,083)= 0,090<br />

0,117/(1-0,117)= 0,132 0,112/(1-0,112)= 0,127<br />

2. Calcolo portate e composizioni gas in ingresso e uscita<br />

Gas in ingresso: Yin= 0,1/(1-0,1)= 0,111<br />

Portata acetone G ac = y*G=0,1*100= 10 kmol/h<br />

Portata Inerte G I =G-G ac = 100-10= 90 kmol/h<br />

Gas in uscita: Acetone rimosso DG ac = 0,9*G ac =0,9*10=9kmol/h<br />

Acetone uscente G acu =10-9=1kmol/h<br />

Rapporto molare Yus=G acu /G ac = 0,0111<br />

Y<br />

18


ESERCIZIO ASSORBIMENTO<br />

3. Determinazione di L min /G I e di L/G I e della portata del liquido.<br />

Tracciare la curva di equilibrio. Poichè la curva mostra la concavità verso il<br />

basso si deve tracciare la tangente alla curva dal punto (0;0,0111). Leggiamo le<br />

coordinate del punto di tangenza e calcoliamo L min /G X min = 0,065 Y min = 0,08<br />

Da cui si ottiene:<br />

L min /G I = (0,08-0,011)/(0,065-0)= 1,06<br />

L/G I = 1,2*1,06= 1,27 (retta di lavoro operativa)<br />

L= 1,27*90=114,3 kmol/h<br />

19


ESERCIZIO ASSORBIMENTO<br />

4. Tracciare la retta di lavoro operativa: della retta conosciamo il punto<br />

Xin=0 e Yus=0,011 corrispondente alle composizioni del liquido e del<br />

gas in testa alla colonna. Il secondo punto lo calcoliamo con<br />

l’equazione della curva di lavoro operativa Y=L/G I *X + Yus Per<br />

ponendo un valore a nostra scelta di Y o X. In alternativa il rapporto<br />

L/GI è noto, oppure si conoscono tutti i valori Yin, Yus, Xin, Xus.<br />

5. Calcolo degli stadi ideali o teorici. Si<br />

conduce la costruzione a gradini a partire<br />

dal punto Xin=0 e Yus=0,011sino a quando<br />

il rapporto molare sulla retta di lavori superi<br />

il valore Yin=0,11. In questo caso sono 7<br />

stadi ideali.<br />

20


ESERCIZIO ASSORBIMENTO<br />

6. Per il calcolo degli stadi reali deve essere disponibile l’efficienza della<br />

colonna h o del singolo piatto. Nel primo caso gli stadi reali sono dati dalla<br />

relazione.<br />

N re = N id /h<br />

Nel caso si disponesse dell’efficienza dei singoli piatti si dovrà effettuare la<br />

costruzione grafica utilizzando solo una frazione di ogni gradino<br />

corrispondente all’efficienza di ogni singolo piatto, come da figura che<br />

segue.<br />

21


DECRIZIONE IMPIANTO DI ASSORBIMENTO<br />

(ESAME DI STATO 2010)<br />

Una miscela di due gas viene sottoposta a lavaggio in controcorrente con un solvente<br />

selettivo al fine di separarli ed utilizzarli in operazioni successive. L’operazione viene<br />

condotta in una colonna a riempimento nella quale il liquido viene introdotto dall’alto e<br />

la miscela di gas dalla parte inferiore di essa. Dalla sommità della colonna esce il gas<br />

insolubile nel liquido mentre dal fondo esce il liquido con l’altro gas in esso disciolto<br />

che verrà trattato in operazioni successive.<br />

Il candidato, dopo aver considerato le condizioni operative che ritiene opportuno<br />

adottare (pressione e temperatura), disegni lo schema della colonna di assorbimento<br />

prevedendo le apparecchiature accessorie (scambiatori di calore, fluidi ausiliari, pompe,<br />

valvole, serbatoi. ecc...) e le regolazioni automatiche principali, rispettando, per quanto<br />

possibile, la normativa Unichim.<br />

22


SCHEMA IMPIANTO DI ASSORBIMENTO<br />

(ESAME DI STATO 2010)<br />

23


CENNI SUL DIMENSIONAMENTO DELLE COLONNE A RIEMPIMENTO<br />

L’assenza di piatti sostituito da un riempimento continuo rende meno agevole<br />

la individuazione degli stadi. Per questo motivo sono definite due grandezze<br />

caratteristiche del tipo di colonna, del suo riempimento, delle condizioni di<br />

equilibrio e delle condizioni operative. Queste due grandezze sono<br />

HTU (altezza dell’unità di trasferimento): rappresenta l’altezza di<br />

riempimento che realizza una variazione della composizione pari alla forza<br />

spingente del trasferimento.<br />

NTU (numero di unità di trasferimento): indica quante unità di<br />

trasferimento (HTU) si realizzano nell’operazione per ottenere i risultati<br />

richiesti.<br />

G I<br />

HTU= _________<br />

dove:<br />

U Y *a*S<br />

G I : portata di inerte della miscela gassosa<br />

U Y : Coefficiente di trasferimento globale della legge di Fick<br />

a= superficie specifica del riempimento (m 2 /m 3 )<br />

S= sezione della colonna<br />

24


CENNI SUL DIMENSIONAMENTO DELLE COLONNE A RIEMPIMENTO<br />

DYin – DYus<br />

NTU= ______________<br />

DYml<br />

DYin – DYus<br />

DYml= ________________<br />

DYin<br />

ln= _______<br />

DYus<br />

La figura consente di determinare DYus e DYin.<br />

Notare in queste formule le analogie delle<br />

equazioni per il trasferimento di calore<br />

25


STRIPPING<br />

È l’operazione unitaria a stadi multipli che consente di trasferire un<br />

componente (soluto) di una miscela liquida dalla stessa alla fase<br />

aeriforme. Si utilizza una colonna di solo strippaggio alimentata in<br />

testa facendo uso di una corrente di vapore entrante dal basso. Il<br />

vapore deve essere surriscaldato per evitare la sua condensazione<br />

durante l’operazione. In questo caso la portata molare totale non<br />

resta costante (manca l’equilibrio liquido – vapore). Si opera<br />

pertanto non con le frazioni molari ma con i rapporti molari:<br />

moli di sost. in fase vap. moli di sost. in fase liq.<br />

Y = _______________________ ; X= ________________________________________<br />

moli di V<br />

moli di inerte FI in fase liq.<br />

Il bilancio di materia del componente più volatile, considerando anche<br />

il vapor d’acqua viene:<br />

sost. contenuta in F + sost. presente nel V = sost. non<br />

strippata che esce con FI (basso) + sost. stripp. (testa)<br />

FI * Xi + V * Yi = FI * Xu + V * Yu<br />

26


da cui, con Yi = 0 (vapore puro)<br />

FI * (Xi - Xus ) = V * Yu<br />

Legenda:<br />

moli di A in F<br />

Indicando con Xi = ________________ (frazione molare)<br />

moli di F<br />

FI * Xi = moli di sost. entranti con l’alimentazione<br />

FI * Xu = moli di sost. us. con il liquido dal basso<br />

(non strippata)<br />

V * Yi = moli di A entranti con il vapore FI,X IN<br />

V * Yu = moli di A uscenti con il vap. in testa<br />

FI = moli di inerte entranti =<br />

moli di inerte uscenti<br />

V = moli di vapore entranti =<br />

moli di vapore uscenti<br />

V,Y US<br />

V,Y IN<br />

FI,X US<br />

27


Dividendo il bilancio per V, diventa l’equazione di una retta:<br />

FI<br />

FI<br />

Y = * X - Xu<br />

V<br />

V<br />

FI<br />

Passante per ( Xu , Yin ) di coefficiente angolare ;<br />

V<br />

Da cui si può scrivere :<br />

FI<br />

Yu<br />

= (retta di lav.)<br />

V max X – Xu<br />

La retta di lavoro rappresenta la relazione espressa in rapporti molari<br />

delle correnti all’interstadio<br />

28


Con:<br />

x<br />

y<br />

X= e Y= dove x e y sono le frazioni molari.<br />

1 – x 1 – y<br />

Come si opera:<br />

1) Si traccia la retta di equilibrio da 0 ad A, (si conosce l’equazione)<br />

2) Si conoscono: Yi = 0 e Xi e Xu dati del problema.<br />

Si traccia la retta di lavoro da ( X = Xu e Yi = 0) al punto A<br />

(Xi,YM);<br />

Il punto Y M si calcola dalla equazione della retta di equilibrio<br />

YM = m * Xi<br />

FI<br />

Y M<br />

Calcolo del rapporto: =<br />

V max X IN - X US<br />

si calcola poi la % di diminuzione del rapporto max<br />

FI<br />

Y US<br />

Si trova così il quale è = ;<br />

V eff<br />

X IN - X US<br />

FI<br />

da cui Y US = * (X IN – X US )<br />

V eff.<br />

29


Che è il punto H in cui da X US si traccia la retta di lavoro effettiva.<br />

(Diminuendo il rapporto (F/V)max diminuisce la tg α ,quindi α e la retta di<br />

lavoro si abbassa).<br />

Per determinare il numero di stadi si opera con metodo grafico partendo<br />

dall’alto fino a Xu.<br />

Y M<br />

A<br />

I piatti si contano dall’alto<br />

verso il basso (al contrario<br />

dell’assorbimento)<br />

Y US 1 H<br />

2<br />

retta di<br />

lavoro<br />

(F/V) eff<br />

Retta di 3<br />

equilibrio<br />

4<br />

α<br />

(F/V) max<br />

0 Xu X IN<br />

30


DECRIZIONE IMPIANTO DI STRIPPING<br />

(ESAME DI STATO 2012)<br />

Si vuole sottoporre a stripping una miscela di composti organici per recuperare le frazioni<br />

volatili dal solvente altobollente. Tutti i componenti la miscela sono immiscibili con<br />

l’acqua e hanno una densità inferiore a quella dell’acqua. La colonna di stripping opera a<br />

pressione di poco superiore a quella atmosferica. Si utilizza vapore d’acqua surriscaldato<br />

che entra nella parte inferiore della colonna. La miscela da strippare, opportunamente<br />

preriscaldata, entra in testa alla colonna. I vapori che escono dalla testa della colonna<br />

passano in un condensatore dove sono condensati totalmente, utilizzando acqua<br />

industriale di raffreddamento. Dal condensatore, il condensato passa a un serbatoio che<br />

agisce da decantatore per separare i composti organici, inviati ad ulteriori lavorazioni,<br />

dalle condense di processo, che si avviano all’impianto di depurazione. Il solvente<br />

organico altobollente, non vaporizzato, si scarica dal fondo colonna ed è stoccato<br />

opportunamente, previo raffreddamento. Il candidato disegni lo schema di processo<br />

dell’operazione proposta, completo delle apparecchiature accessorie (pompe, valvole,<br />

serbatoi, ecc.) e delle regolazioni automatiche principali, prevedendo gli eventuali<br />

recuperi termici ritenuti necessari e seguendo per quanto possibile le norme UNICHIM.<br />

31


SCHEMA IMPIANTO DI STRIPPING<br />

(ESAME DI STATO 2012)<br />

32


ESERCIZIO STRIPPING (PROVA DI ESAME 1999)<br />

In una corrente gassosa sono presenti dei vapori che si vogliono recuperare con un’operazione di<br />

assorbimento con solvente selettivo poco volatile. Dopo tale operazione, il solvente è sottoposto a<br />

stripping con vapor d’acqua surriscaldato per recuperare i vapori in esso disciolti e renderlo idoneo ad<br />

essere riutilizzato nell’operazione di assorbimento.<br />

Il candidato calcoli il numero teorico di stadi di equilibrio necessari per effettuare lo stripping e la<br />

composizione dei vapori uscenti dalla colonna, sapendo che:<br />

a) La portata di liquido inviato allo stripping è F= 1,5mol/sec;<br />

b) Il suo contenuto iniziale di vapori disciolti è Xi= 0,3 mol di vapore/mole di solvente;<br />

c) Si vuole ridurre tale valore a Xf= 0,02 moli di vapore/mole di solvente;<br />

d) La curva di equilibrio solvente organico/vapore d’acqua può essere espressa dalla retta di equazione<br />

Y=0,25X;<br />

e) Nella colonna di stripping si usa un rapporto liquido/vapore che vale 0,75 il rapporto massimo teorico.<br />

Il candidato inoltre, tenga presente che:<br />

1)I componenti da recuperare sono condensabili utilizzando come refrigerante l’acqua industriale;<br />

2)Tutti i componenti presenti nel sistema sono immiscibili con l’acqua;<br />

3)L’assorbimento avviene a temperatura ambiente ed a pressione maggiore di quella atmosferica;<br />

4)Lo stripping con vapore si effettua a pressione ambiente sul solvente opportunamente surriscaldato.<br />

Il candidato disegni , tenendo anche presenti le possibilità di recupero del calore, lo schema di processo<br />

dell’operazione indicata, completo delle apparecchiature accessorie e delle regolazioni automatiche<br />

principali secondo la normativa UNICHIM, e descriva con un a breve relazione, un processo industriale<br />

realizzato mediante operazioni di assorbimento e stripping.<br />

33


ESERCIZIO STRIPPING (PROVA DI ESAME 1999)<br />

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ESERCIZIO STRIPPING (PROVA DI ESAME 1999)<br />

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ESERCIZIO STRIPPING (PROVA DI ESAME 1999)<br />

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ESERCIZIO STRIPPING (PROVA DI ESAME 1999)<br />

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ESERCIZIO STRIPPING (PROVA DI ESAME 1999)<br />

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ESERCIZIO STRIPPING (PROVA DI ESAME 1999)<br />

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ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE «G. MARCONI FORLI’»<br />

Tecnologie chimiche industriali CLASSE V<br />

ATTREZZATURE PER ASSORBIMENTO<br />

E STRIPPING<br />

Prof. Roberto Riguzzi


COLONNE A RIEMPIMENTO<br />

• Le Colonne a riempimento sono della stessa<br />

tipologia di quelle utilizzate per la<br />

distillazione, lo stripping, l’assorbimento e<br />

l’estrazione con solvente. Gli oggetti inseriti<br />

(anelli) all’interno della struttura servono per<br />

rendere il moto turbolento e aumentare la<br />

superficie di contatto fra le fasi. Sono<br />

illustrate le diverse tipologie di anelli.<br />

L’anello rascing è tra i più diffusi. Gli<br />

anelli possono essere realizzati in<br />

diversi materiali (vedi slide<br />

successiva)


COLONNE A RIEMPIMENTO<br />

Tipologie di anelli


COLONNE A PIATTI<br />

• Anche le colonne a piatti sono usate, oltre che per<br />

l’estrazione liquido/liquido, anche per l’assorbimento,<br />

lo stripping e la distillazione.<br />

• Vantaggi: maggiore efficienza rispetto alle colonne<br />

spray o a riempimento. Possono realizzare in un unico<br />

strumento molti stadi (fino a 10).<br />

• Possono lavorare con elevate portate.<br />

• Svantaggi: l’intasamento dei fori.<br />

• Le fasi liquidi devono avere una importante differenza<br />

di densità per consentire di vincere la resistenza per il<br />

passaggio fra i piatti forati.<br />

• Portata dei flussi vincolate.


COLONNE A PIATTI


COLONNE A PIATTI


COLONNE PER ASSORBIMENTO<br />

Nelle colonne a spruzzo il liquido è<br />

polverizzato con gli ugelli posti nella<br />

parte alta della colonna che incrocia il<br />

flusso di gas che entra dalla parte bassa<br />

della colonna. La velocità del gas deve<br />

essere accuratamente calcolata per<br />

evitare il trascinamento del liquido da<br />

parte dello stesso. È presente comunque<br />

un ciclone (il tronco di cono presente<br />

sulla destra della colonna) per abbattere<br />

le goccioline di liquido trascinate dalla<br />

corrente.

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