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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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.