1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC

7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC

1/64

1

PROCESEDETRANSFER

DE MAS

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE PLOIETI

CATEDRA INGINERIE CHIMIC I PETROCHIMIC

Conf. dr. ing. Florin Oprea


2/64

2

Prezentul fiier reprezint numai notie de curs. Ele sunt

completate cu explicaiile i precizrile fcute n timpulcursului. Ele nu se substituie i nu pot nlocui bibliografiaindicat.

Eventualele erori se datoreaz editrii. Corectarea lor i

eventualele comentarii se vor primi n timpul orelor decurs.

Autorul nu i ia nici o rspundere privitoare la erori.

Reproducerea este interzis.

Prezena este obligatorie pentru o corect receptare acursului.


3/64

3

Curs: 3 ore/sptmn

Total 42 ore de curs21 cursuri

Laborator: 3 ore/sptmn (OBLIGATORIU)

Total 42 ore7 laboratoare

- 4 lucrri de laborator (12 ore)

- restul timpuluiaplicaii practiceTestri periodice

- teste (predate minim 90%)

- teme de cas (predate minim 90%)

Examen scris n dou pri

- teorie

- aplicaii


4/64

4

922.9

467.3

Mod de punctare

Pentru fiecare component se va da o not (de la 0 la 10),media general fiind o medie ponderat

Condiii minimale:- Toate lucrrile de laborator s fie executate

-Nota la examenul final s fie minim 5

Testele se predau latermenul anunat (ziua Z):

- Z + 1 minus 10%

- > Z + 1 minus 100%

Teste de cas 15%

Activitate laborator 15%

Examen final 60%Prezen 10%


5/64

5

Bibliografie obligatorie

Gheorghe Sburlea Echilibrul lichid vapori, cap. 7.2, n G. C. SuciuIngineriaprelucrrii hidrocarburilor, vol. 2, Editura Tehnic, 1985

Costic Strtul Vaporizarea i condensarea, principii i metode de calcul,

Editura Tehnic, 1986;

CosticStrtulFracionarea, principii i metode de calcul, Editura Tehnic,1986;

Constantin Taran Absorbia i desorbia, n G. C. Suciu Ingineria

prelucrrii hidrocarburilor, vol. 3, cap. 7.5, Editura Tehnic, 1987

Constantin Taran Adsorbia i desorbia, n G. C. Suciu Ingineria

prelucrrii hidrocarburilor, vol. 3, cap. 7.6, Editura Tehnic, 1987

Ion Precup i Gheorghe SburleaExtracia lichid lichid, n G. C. Suciu

Ingineriaprelucrrii hidrocarburilor, vol. 3, cap. 7.7, Editura Tehnic, 1987


6/64

6

Bibliografie alternativ

CosticStrtulProcese de vaporizarea i condensare; cap. 7.3, nG. C. Suciu Ingineria prelucrrii hidrocarburilor, vol. 2, Editura

Tehnic, 1985

CosticStrtuli Gheorghe Sburlea Fracionarea; cap. 7.4, n G.C. Suciu Ingineria prelucrrii hidrocarburilor, vol. 3, EdituraTehnic, 1985


7/64

7

Bibliografie complementar

W. L. McCabe, J. C. Smith, P. Harriott, Unit Operation ofChemical Engineering, McGraw-Hill, 2001;

J. M. Coulson and J. F. Richardson, Chemical Engineering,

vol. 1, 2 and 6, Butterworth and Heinemann, 2001;

J. D. Seader and E. J. Henley, Separation ProcessPrinciples, John Wiley & Sons, Inc., 1998


8/64

8


9/64

9

Capitolul 1

Elemente deingineria

proceselor de separare


10/64

10


11/64

11

1.1 Importana separrilor

Trim ntr-o lume a amestecurilor: hrana pe care omncm, benzina pe care o consum maina noastr etc.De ce atunci este necesar studiul separrii amestecurilor?

Separarea amestecurilor n constituenii care le compun afost o practic de milenii. nc din era primitiv omul adezvoltat tehnici, mai mult sau mai puin complexe, de:

extragere - metalele din minereuri, parfumuri din plante,

evaporare - apa de mare n vederea obinerii srii,

distilareabuturilor.

Mai mult chiar, omul nu poate funciona fr rinichi,care sunt o membran capabil s separe selectiv apa iprodui reziduali ai metabolismului din snge.


12/64

12

Mult mai recent, separrile au devenit cruciale n ingineria

chimic.Separrile, care includ:

imbogirea;

concentrarea;

purificarea;

rafinarea;

i izolareasunt importante att pentru chimiti ct i pentru inginerii

chimiti.


13/64

13

Chimitii

utilizeaz tehnici preparative/separare la scar delaborator, tehnici asemntoare metodelor de separare

analitice (cum ar fi cromatografia).n ceea ce privete inginerii chimiti,

acetia sunt mai aplecai spre aspectele industriale deobinere a produselor chimice, utiliznd n acest scop

metode economice aplicate la scar mare.


14/64

14

O analogie poate fi sugerat prin exemplul urmtor:

n laborator chimitii separ i analizeaz amestecuri de

hidrocarburi uoare prin cromatografie n faza gaz;

n instalaii industriale de mare capacitate inginerii chimitisepar aceleai amestecuri utiliznd, de exemplu,

fracionarea.


15/64

15

Separri

analitice

scal redus

analiz cantitativ

Separripreparative

scal redus

materiale pentru

CD (R&D)

Separri

industriale

scal mare

economice

Examplu:Cromatografia Examplu:Centrifugarea

Examplu:

Fracionarea

De notat: 50 90 % din capitalul investit n uzinele chimice este

pentru echipamentele de separare.

Lista diferitelor separri existente este nelimitat.

Ca atare vom evidenia fundamentele separrilor


16/64

16

Totui: amestecarea este inerent n natur:creterea entropiei asociat cu caracterul

aleatoriu al amestecului coboar energia

liber Gibbs.

Ca atare, pentru a de-amesteca/separa o

soluie trebuie s nvingem fora motrice

entropic de amestec.


17/64

17

1.2. Procese industriale de separare

Subproduse

Reactor Separator

Reciclu


18/64

18

Operaiile sunt clasificate ca operaii cheie i auxiliare operaii cheie: implic reacii sau separri

Exemple: reactoare, fracionri, etc operaiiauxiliare : nu implic schimbri n

compoziia chimic

Exemple: pompe, compresoare, nclzitoare, etc

Diagramele bloc (Block Flow Diagrams) indic: operaiile cheie cu dreptunghiuri i

fluxurile cu linii

Schemele tehnologice de proces (Process Flow Diagrams) indicprocesele prin:

simboluri realiste ale echipamentelor de proces

include operaiile auxiliare


19/64

19

Produsele implicate n aceste procese pot fi: materii prime minerale;

materii prime de natur vegetal sau animal;

intermediari;

produse finite/comerciale;

rezidii/deeuri.


20/64

20

Un proces chimic poate implica unul

sau mai multe moduri de operare:

discontinuu

continuu

semicontinuu


21/64

21

1.3 Introducere n proiectareaproceselor

O idee care a revoluionat proiectarea i operareadiferitelor procese a fost aceea de operaie unitar. Ideea

de baz este aceea c, dei modul specific de proiectarepoate varia n funcie de ce produi trebuie separai,principiile de baz ale proiectrii pentru o metoddat deseparare, de exemplu, sunt aceleai ntotdeauna. De

exemplu, fie c separm etanol de ap, fie c separmdiferite hidrocarburi, principiile de baz ale fracionriisunt aceleai.


22/64

22

Ca atare, fracionarea,absorbia,extracia etc. pot fi numiteoperaii unitare. Mai mult, metodele de proiectare pentruprocese nrudite pot fi aceleai. De exemplu, attfracionarea, ct i absorbia sunt operaii bazate pe

contactarea fazelor lichid-vapori, i deci proiectarea va fisimilar ambelor operaii unitare.


23/64

23

o strategie bazat pe apte pai

i - vreau s potii - definete problemaiii - cerceteaz i gndete la eaiv - planificv - f-ovi - verificvii - generalizeaz


24/64

24

Pasul prim este un pas de motivare i ncredere.

Trebuie s-i aminteti c eti avansat n ingineria chimicdeoarece poi rezolva problemele.

Cu ct mai multe probleme diferite rezolvi, cu att devii maibun.

Amintete-i mereu cvreisnvei cum s rezolvi problemede inginerie chimicic o poi face.


25/64

25

n pasul iitrebuie s defineti problema.

Fii sigur c nelegi clar toate cuvintele.

Deseneaz sistemul i eticheteaz prile componente.Listeaz variabilele cunoscute i restriciile. Descrie ce ai defcut.

Este foarte posibil, dac nu ai definit clar problema, c nu vei

fi capabil s o rezolvi.


26/64

26

n pasul iiicerceteziigndeti problema.

Ce ai de fcutntr-adevr?

Care sunt principiile de baz pe care ar trebui s le aplici?

Poigsi o soluie limitativsimpl care id limita soluiei

actuale?Este problema sub-/supra-definit?

Las-i mintea s se joace cu problema is o mestece.

ntoarce-te apoi la pasul i pentru a te asigura cncprivetiproblema n acelai fel.

Dac nu, redefineteinstruciunile problemei icontinu.


27/64

27

n pasul ivplanifici cum s-i divizezi problema i decizi care

parte/pri sunt atacate nti.

Teoriile specifice i principiile trebuie selectate, alegndmetodele matematice corespunztoare.

Rezolvarea prilor componente necesit resurse ca date,hrtie, calculator.

n timp ce o faci, noi subprobleme pot apare; poigsic nuai uneori suficiente date s rezolvi problema.

Rentoarce-te la secvenele anterioare ale problemei pentru asoluiona aceste subprobleme.


28/64

28

Pasul urmtor (v) f-o, este adesea primul pe care cei frexperienncearcs l fac.

Acum calculele matematice sunt efectuate, numerele sunt

introduse i se genereaz rezultatele.Dac planul a fost incomplet, este posibil s fii incapabil s

termini acest pas.

n acest caz, reia algoritmul de la pasul ii.


29/64

29

n pasul viverific rezultatele.

Este corect ordinul de mrime? n ultim instan, deexemplu, coloanele industriale nu sunt nalte nici de 25 cmi nici de 25 km.

Pare rezultatul rezonabil? Poate c ai introdus numeregreite(garbage in, garbage out).

Se poate gsi o alternativ de rezolvare care s verificerezultatele?

Dacgseti erori ori inconsisten, revin-o la paii anterioriirezolv problema din nou.


30/64

30

Pasul vii, generalizarea, este important dar adesea neglijat.

Trebuie snvei ct mai mult posibil din aceastproblem.

Fenomenele particulare incluse au efect important sau pot fiignorate.

Generalizarea i permite s devii un bun rezolvator deprobleme.


31/64

31

Primii pai nu te fac s te simi confortabil.

Eti tentat s porneti calculul n loc de a defini cu grijproblema.

Folosete apropierile sistematice; sunt mai bune nproblemele dificile dect pornete calculul, poate merge.


32/64

32

Nici o carte de inginerie nu exist ntr-un vid prealabil.Sunt cerute ntotdeauna materiale i abilitipregtitoare:

Prima cerin, de multe ori srit, este aceea de a fi capabilde a citi bine. Dac nu o faci, cere ajutor imediat.

Al doilea set de cerine implic abiliti matematice. Trebuies fie cunoscute algebra i rezolvarea ecuaiilor i

sistemelor de ecuaii. Alt cerin important esteanaliza grafic ca i trasarea liniilor i curbelor.Al treilea domeniu al cerinelor privete bilanurile de

materiale i energie i echilibrele de faz.A patra cerin este aceea de a avea abiliti n rezolvarea

problemelor. Este o condiie esenial.n sfrit, se cer abiliti n operarea i programareacalculatoarelori computerelor. Cele mai multeprobleme reale implic utilizarea lor.


33/64

33

1.4. Mecanisme de separare

Amestecarea substanelor chimice pentru a formaamestecuri este un proces spontan care este nsoit decreterea entropiei. Procesul invers, separareaamestecurilor n constituenisubstane chimice, nu este un

proces spontan; el necesit un consum de energie. ngeneral, un amestec care trebuie separat apare ca osingur faz (solid, lichid sau gaz). Atunci cnd suntprezente mai multe faze, acestea sunt adesea separate

utiliznd procedee mecanice (gravitaionale, centrifugale,reducere de presiune) sau apelnd la cmpuri exterioare(electrice, magnetice) i apoi, tehnici corespunztoare deseparare pentru fiecare fazseparat.


34/64

34

Extinderea separrii va fi limitat de

ECHILIBRUL TERMODINAMIC

G

0 1

G' A0

G A

G B

G' B0

XB

SM

0

SA

SB

XB 1

Reamintiiv c exist o for motrice infinit

asociat cu ndeprtarea ultimului atom de impuritate

dintr-o substan pur


35/64

35

Amestec dealimentare

pentru separare

Produs 1

Produs 2

Produs N-1

Produs N

.

..

F 1


36/64

36

Tehnici generale de separare:(a) separare prin crearea unei noi faze;

(b) separare prin adugarea unui agent material de separare (AMS);(c) separare printr-o barier (membran);

(d) separare prin utilizarea unui agent solid;(e) separare prin utilizarea unui cmp de fore sau gradient

Alimentare

Faza 1

Faza 2

Alimentare

Alimentare

Alimentare Faza 1

Alimentare

Faza 1

Faza 2

AMS

Crearede faza

Cimp deforte sau

Bariera

(a) (

(c)


37/64

37

Atunci cnd alimentarea este constituit dintr-o singurfaz (fie ea gazoas, lichid sau solid) cea de a doua faz,nemicibil, trebuie format/introdus pentru a realizasepararea componenilor. Procesul poate avea loc prindou procedee:

prin intermediul unui agent energetic de separare (AES);

prin adugarea unui agent material de separare (AMS).

Primul caz implic transfer de cldur sau/i transfer delucru mecanic spre/de la amestecul de separat. Oalternativ ar fi apariia unei faze vapori prin reducereapresiunii.

1.4.1 Separri prin crearea de faze sau adugarea

unei noi faze


38/64

38

Un AMS poate fi parial miscibil cu unul sau mai mulicomponeni ai amestecului, frecvent acesta rmnndcomponentul aflat n cea mai mare proporie n fazaadugat. Alternativ, AMS-ul poate fi miscibil cu una dinfazele existente (i n urma aciunii unui AES), n acest cazalternd volatilitatea relativ a unuia sau a mai multorcomponeni. Acest tip de aciune poate fi ntlnit n

fracionareaextractiv.

n principiu, cele dou faze odat create, prin contactulintim al lor, se mbuntete transferul de mas astfel

nct se poate ajunge mai repede n apropierea echilibrului

termodinamic. Dup ce fazele au fost n contact, separarealor este realizat sub influena gravitaiei sau prinintermediul altor cmpuri de fore.


39/64

39

Operaia de

separareSimbolizare

Faz iniial

sau de ali-mentare

Faz adugat sau

creat

Agent de

separare

Aplicaii

industriale

Vaporizare/condensare

parialVapori i/saulichid

Lichid sau vapori Transfer decldur (AES)

Recuperarea H2 i

N2 din amoniac princondensare pariali separarea fazelorla nalt presiune

Vaporizare

la echilibru

adiabaticLichid Vapori

Reducerea

presiunii

Recuperarea apei

din apa de mare

Fracionareextractiv

V/L

L

L

AMS

Vapori i/saulichid

Lichid i vaporiSolvent lichid

(AMS) i transferde cldur (AES)

Separarea acetonei

i metanolului


40/64

40

Operaia de

separareSimbolizare

Faz iniial

sau de ali-mentare

Faz adugat sau

creat

Agent de

separare

Aplicaii

industriale

Absorbie curefierbtor

V/L

L

AMS

V

Vapori i/saulichid

Lichid i vaporiAbsorbant lichid(AMS) i transferde cldur (AES)

ndepratrea

etanului i ahidrocarburilor cu

mase moleculare

mici din GPL

AbsorbieV

L

AMS

V

Vapori LichidLichid absorbant

(AMS)

Separareadioxidului de

carbon din

combustie prin

absorbie n soluiiapoase de

etanolamine

Stripare

L

L

AMS

V

Lichid VaporiVapori pentru

stripare (AMS)

Striapare cu abur a

benzinei, petrolului,motorinei nstripere laterale de

la distilarea

atmosferic pentru

ndeprtareafraciilor uoare

Uscare

V (V)

L/(S) S

Lichid i adeseasolid

Vapori

Gaz (AMS) i/sautransfer decldur (AES)

Uscarea PCV cu aer

cald n stratfluidizat


41/64

41

Operaia de

separareSimbolizare

Faz iniial

sau de ali-mentare

Faz adugat sau

creat

Agent de

separare

Aplicaii

industriale

Stripare cu

abur i cureflux

V/L

L/V

L

AMS

AMS

Vapori i/sau

lichidLichid i vapori

Vapori pentru

stripare (AMS) itransfer de

cldur (AES)

Separarea

produselor de lacocsarea ntrziat

Stripare cu

refierbtor

L

L

V

Lichid VaporiTransfer de

cldur (AES)

Recuperarea

aminelor

absorbante

Fracionare

azeotropV/L

L

L

AMSrecirculat

CompletareAMS

Vapori i/sau

lichidLichid i vapori

Lichid antrenant(AMS) i transferde cldur

Separarea acidului

acetic de aputiliznd ca

antrenant acetatul

de butil


42/64

42

Operaia de

separareSimbolizare

Faz iniial

sau de ali-mentare

Faz adugat sau

creat

Agent de

separare

Aplicaii

industriale

Extracielichid-lichid

L

L

AMS

L

Lichid Lichid

Solvent lichid

(AMS)

Recuperarea

aromaticelor

Extracielichid-lichid

cu doisolveni

L

L

AMS-1

L

AMS-2

Lichid LichidDoi solvenilichizi (AMS1 iAMS2)

Utilizarea

propanului i aacidului cresilic casolveni pentrusepararea

parafinelor dearomatice i naftene

Evaporare Lichid VaporiTransfer decldur (AES)

Evaporarea apei dinsoluiile apoase deuree

CristalizareL

Lichid Solid (i vapori)Transfer decldur (AES)

Cristalizarea para-xilenului din

amestecul cu meta-

xilenul


43/64

43

Operaia de

separareSimbolizare

Faz iniial

sau de ali-mentare

Faz adugat sau

creat

Agent de

separare

Aplicaii

industriale

Desublimare Vapori SolidTransfer decldur (AES)

Recuperarea

anhidridei ftalicedin gazele

necondensabile

Extracie

lichid-solid

S

AMS

L

S

Solid Lichid Solvent lichidExtracia zahrului

din sfecl de zahr

cu ap cald

Separarefracionat

spume AMS

V

L

Lichid GazBarbotare de gaz(AMS)

Recuperareadetergenilor din

apele reziduale


44/64

44

1.4.2 Separarea prin membrane

Sunt numeroase cazurile n care utilizarea unuia sau a altuia sau a unor

combinaii dintre precedentele procedee nu duce la rezultatele ateptatedin punct de vedere al puritiii/sau gradelor de recuperare sau din punctde vedere al consumurilor energetice.De aceea cercetrile din ultima vreme au condus la dezvoltarea unor noiprocese cu unele rezultate mai performante n anumite domenii specificede aplicabilitate.Astfel, n ultima vreme ctig teren o nou categorie de procese careutilizeaz membrane poroase sau neporoase ca bariere semipermeabile.

A se audia cursul

Procese neconvenionale de separare(curs opional anul V)


45/64

45

Membranele se fabric dintr-o mare diversitate de materiale(fibre naturale, polimeri sintetici, ceramice, metale, uneorifiind i n stare lichid), ntr-o mare diversitate de forme(plate, tubulare, platenfurate).

Membranele poroase separ pe baza diferitelor viteze dedifuzie n timp ce membranele neporoase separ pe bazadiferenelor de solubilitate i a diferenelor n vitezele dedifuzie n materialul membranei.


46/64

46

Operaia de

separareSimbolizare

Faz iniial sau

de alimentareAgent de separare Aplicaii industriale

Osmoz Lichid Membran neporoas

Osmoz invers

LL

L

LichidMembran neporoas cugradient de presiune

Desalinizarea apei de mare

Dializ

LL

L

Lichid Membran poroas cugradient de presiune Recuperarea sodei dinhemiceluloz

Microfiltrare

LL

L

LichidMembran microporoas cugradient de presiune

ndeprtarea bacteriilor din apade but


47/64

47

Operaia deseparare

SimbolizareFaz iniial saude alimentare

Agent de separare Aplicaii industriale

Ultrafiltrare

LL

L

Lichid Membran microporoas cugradient de presiune

Separarea zerului din brnz

Pervaporare

LL

V

LichidMembran neporoas cugradient de presiune

Separarea amestecurilor

azeotrope

Permeaie degaze

V V

V

VaporiMembrane neporoase cu

gradient de presiunembogire n hidrogen

Membrane

lichide

V/LV/L

V/L

Vapori i/sau lichidMembrane lichide cu

gradient de concentraie

ndeprtarea hidrogenului

sulfurat


48/64

48

1.4.3 Separarea pe ageni solizi

Separrile care utilizeaz ageni solizi de separare suntprezentate n tabelul urmtor. Acetiageni, sub form dematerial granular sau umplutur, acioneaz fie ca un

suport pentru un strat subire de adsorbat fie intr nreacie chimic cu diferiii componeni ai amestecului dealimentare. n timp adsorbantul se satureaz cu speciileadsorbite, fiind necesar regenerarea sau nlocuireaperiodic.


49/64

49

Operaia de

separareSimbolizare

Faz iniial

sau de

alimentare

Agent de

separareAplicaii industriale

Adsorbie

V/L

V/L

V/L

Vapori sau

lichidAdsorbant solid

Purificarea para-

xilenului

Cromatografie

V/L

V/L

Vapori sau

lichid

Adsorbant solid

sau adsorbant

lichid pe suport

solid

Separarea izomerilor

xilenului i aetilbenzenului

Schimbtori de

ioni

L

L

L

Lichid

Rini

schimbtoare deioni

Demineralizarea apei


50/64

50

1.4.4 Separarea n cmpuri de fore exterioare

Moleculele i ionii pot rspunde n moduri diferite la

aciunea unor fore, cmpuri de fore sau gradieniiacestora. Aceast proprietate poate fi utilizat la separareadiferitelor specii moleculare.


51/64

51

Operaia de

separere

Faz iniial sau de

alimentareCmp de fore sau gardient Aplicaii industriale

Centrifugare Vapori Cmp de fore centrifugal Separarea izotopiloruraniului

Difuzie termic Vapori sau lichid Gradient de temperaturSepararea izotopilor

clorului

Electroliz Lichid Cmp de fore electriceConcentrarea apei

grele

Electrodializ LichidCmp de fore electrice i

membran

Desalinizarea apei

de mare

Electroforez Lichid Cmp de fore electriceRecuperarea

hemicelulozei


52/64

52

1.5 Elemente de cuantificare aperformanelor unui proces de

separare

1.5.1 Puritate i recuperare

O i d l ii ii i C


53/64

53

Orice proces de separare se supune legii conservrii masei. Ca

atare, dac nu are loc o reacie chimic iar procesul este

continuu i n regim staionaratunci, pentru orice component i

dintr-un amestec de Ccomponeni, debitulparial masic/molarn alimentare, , este egal cu suma debitelor pariale

masice/molare ale acelui component n cele Nproduse/faze p:

Pentru a rezolva ecuaiile (1-1), respectiv a obine valorile

pornind de la valorile sunt necesare suplimentarN-

1 ecuaii independente care implic . Rezult astfel unnumrde NCecuaii n NC necunoscute. Atunci cnd ntr-un

proces sunt implicate mai multe fluxuri de alimentare, este

suma tuturor alimentrilor.

)(F

in

)()1()2()1(

1

)()( N

i

N

iii

N

p

p

i

F

i nnnnnn

(1-1)

)( p

in)(F

in)( p

in

)(F

in

P i t i dif it l hi t d f


54/64

54

Proiectarea i operarea diferitelor echipamente de separare se face

innd cont de recuperrile componenilor i de puritatea

produselor dorite.

Gradul de separare al unui component i ntr-unul dintre cele douproduse separate n aparatul kpoate fi raportat la alimentare,

numindu-se fracie de tiere sau grad de recuperare, ca n ecuaia

(1-2), sau la cellalt produs, numindu-se raport de tiere, ca n

ecuaia (1-3), indicii superiori referindu-se la cele dou produse,

1 sau 2 i la alimentare, F. Astfel:

)(

,

)1(

,/1

, F

ki

kiF

kin

nSF (1-2)

ki

ki

ki

ki

kSF

SF

n

nSR

,

,

)2(

,

)1(

,2/1

,11

(1-3)

Fracia de tiere sau grad de recuperare

Raport de tiere


55/64

55

Att pentru fiecare aparat de separare, ct i pentru osuccesiune de aparate, se poate calcula gradul de

recuperare al unui component (adesea procentual), caraport dintre debitul parial al componentului respectiv nfluxul n care acesta se obine majoritar i debitul parialal aceluiai component n alimentare.

O alt mrime ce poate cuantifica performanele uneiseparri este puritatea produsului/produselor obinute.

Att gradul de recuperare (n diferite forme de exprimare)ct i puritatea produselor sunt utilizate i n conducerea

proceselor ca specificaii(mrimi de intrare) astfel nct sse obin produsele cerute cu consumuri energetice ct maisczute.


56/64

56

1.5.2 Putere de separare

n cele mai multe cazuri este necesar s se fac o separare

ct mai net ntre doi sau mai muli componeni ai unuiamestec. Gradul de separare, n oricare dintre cele douforme prezentate mai sus, gradul de recuperare ipuritatea depind de o serie de factori ca:debitele/cantitile relative ale componenilor n amestec,

proprietile termodinamice i de transfer de mas, alteproprieti ale componeilor cheie, numrul de echilibre(talere teoretice) i configuraia acestora. De exemplu,pentru o coloan de fracionare unde alimentarea se faceaproximativ n zona de mijloc a coloanei, se pot distinge

dou zone, cte una de fiecare parte a talerului dealimentare, n care se poate realiza o separare relativadnc ntre doi componeni (cheie), fiecare dintre celedouseciuni fiind responsabil de recuperarea a cte unuicomponent.


57/64

57

Pentru un astfel de echipament se poate defini puterea de

separare sau raportul de tiere relativ, , funcie de

compoziiile celor doi componeni, i i j, n cele douseciuni

ale coloanei, compoziiile putnd fi exprimate fie ca fracii

molare sau masice, fie ca moli i mase raportate la unitatea de

volum:

Putere de separare

Puterea de separare, numit i factor de separare, poate fi

definiti n funcie de raportul de tierei de fracia de tiere:

jiSP ,

)2()1(

)2()1(

,

jj

iiji

CC

CCSP (1-4)

ji

ji

j

iji

SFSF

SFSF

SR

SRSP

11, (1-5)


58/64

58

1.6 Alegerea proceselor de separare fezabile

Alegerea unui proces de separare are loc adesea dintr-o

list de procese fezabile. Dac sunt de separat mai mult dedoi componeni atunci n mod obligatoriu sunt mai mult dedou operaii de separare. Chiar i n cazul separriiamestecurilor binare se apeleaz uneori la mai multeprocese, un hibrid fiind mai avantajos din punct de vedereeconomic.Alegerea unuia sau altuia dintre multitudinea de procesede separare se face pe baza unor criterii care pot fi grupate

n patru mari categorii:Condiiilealimentrii:

compoziie; debit;temperatur; presiune; stare de agregare/condiiatermic.

Condiiile impuse produselor:


59/64

59

puriti cerute;

temperatur;

presiune;

stare de agregare.

Proprietile ale cror diferene pot fi folosite n separare:

moleculare;

termodinamice; de transport

Caracteristicile operaiilor de separare:

uurin n trecerea la scar/mrirea capacitii;

uurin n realizarea proceselor succesive;

cerine de temperatur, presiune i stri de agregare;

limitaii ale capacitii;

consum de energie;


60/64

60

Din primacategorie cel maiimportant factor

este coninutul nalimentare alcomponentuluidorit. n figur se

prezint corelaiadintre costul unuiproces iconcentraiacomponentuluidorit n materiaprim.

9

7

8

5

6

4

3

2

0

1Acid

citricC u

N iH g

C oPenici l ina

Ag

R enin a

Insul ina

Luciferaza

U roc hin

Lgp

re

t,$/lb

Proprietile (moleculare) care permit realizarea unuia sau a


61/64

61

altuia dintre procesele de separare sunt extrem de diverse.Orice clasificare nu poate fi dect parial. n tabelul suntprezente cteva dintre acestea.

Proprietate molecular Proces de separare realizat pe bazaproprietii

mrime microfiltrare (MF)ultrafiltrare (UF)

dializseparri de gaze (GS)

cromatografie de permeaie de gelpresiune de vapori distilaredistilare prin membrane (MD)

punct de congelare cristalizare

afinitate (activitate) chimic extracieabsrobieadsorbiehiperfiltrare (HF/RO)

separri de gaze (GS)pervaporare (PV)cromatogarfie

ncrcare electrostatic schimb ionicelectrodializ (ED)electroforez

densitate centrifugare

natura chimc complexaremembrane lichide (LM)


62/64

62

n decursul timpuluiau aprut i s-audezvoltat o serie de

tehnici/procese deseparare care auajuns la o maturitatetehnologic. Altele au

aprut de foarte multtimp, nereuind sajung la un gradridicat de utilizare naplicaiile comerciale.

Acest lucru reiesefoarte bine dincorelaia prezentat

n figur.

As impto tau ti l iza ri i

M

aturitateautilizari

i

Se arari e baz a

M e m b r a n e

li ch id eSeparari pr in

indu c ere de c imp

Crom atograf ie de l ic h i

Ex trac tie c u

s o l v e n t i

superc r i t i c i

M em brane (a l im . l

M em brane (a l im . g

Ads orbt ie (a l im

Ads orbt ie (

Sch imbator id e i o n i

Cr istal izare

Extrc u s

Fractio n a

a z e o / e x t

Absorbt i

Fracti o n

Aspectele legate de proiectarea i realizarea practic a unui


63/64

63

proces au i ele importana lor. De aceea, n tabel se prezintcele mai deosebite aspecte aprute la punerea n practic aunei anumite separri prin una dintre operaiile cunoscute.

Operaii n ordinea

descresctoare auurinei n transpunerea

la scar

Uurin n realizarea

unor operaii succesive

Capaciti paralele

Fracionare Uor Nu sunt necesare

Absorbie Uor Nu sunt necesareFracionare extractiv iazeotrop

Uor Nu sunt necesare

Extracie lichid-lichid Uor UneoriMembrane Este necesar

represurizarea ntre etape

Aproape mereu

Adsorbie Uor Numai pentru ciclul deregenerareCristalizare Nu aa de uor UneoriUscare Nu convine Uneori


64/64

Prezentul fiier reprezint numai notie de curs. Ele suntcompletate cu explicaiile i precizrile fcute n timpul

cursului. Ele nu se substituie i nu pot nlocui bibliografiaindicat.

Eventualele erori se datoreaz editrii. Corectarea lor i

eventualele comentarii se vor primi n timpul orelor decurs.

Autorul nu i ia nici o rspundere privitoare la erori.Reproducerea este interzis.

Prezena este obligatorie pentru o corect receptare acursului.

1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC

Documents

Transcript of 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC