VITEZA PROCESELOR TEHNOLOGICE Un proces tehnologic implica trei stadii elementare: - Transferul reactantilor in zona de reactie - Reactia chimica - Transferul produsilor din zona de reactie Transferul reactantilor in si al produsilor din zona de reactie Reactia chimica Viteza globala a procesului tehnologic este determinata de etapa cea mai lenta! Viteza unui proces tehnologic, raportata la produsul principal, depinde de: In domeniul cinetic In procese ireversibile In procese reversibile Pentru o reactie simpla A → D, in reactoare cu curgere ideala sau de tip batch:

Pentru reactii paralele ireversibile

in reactoare cu curgere ideala sau de tip batch:

Pentru reactii consecutive ireversibile

in reactoare cu curgere ideala sau de tip batch:

a) k1 ≈ k2; b) k1 >> k2; c) k2 >> k1.

Daca se doreste obtinerea produsului B, este necesar: Viteza unui proces industrial determina: Ecuatii cinetice de baza Viteza unui proces chimic in domeniul cinetic poate fi exprimata prin derivata variabilelor procesului in functie de timp:

Ckd

dGv

Ck

d

dCv

Ck

d

dxv

Variatia in timp a variabilelor procesului intr-un reactor cu curgere piston si exprimarea vitezei procesului:

Pentru procese heterogene Constanta de viteza, k

,...,,...,,,...,,,, ''2

'121

'''11 DDDDkkkkfk ss

In domeniul cinetic se neglijeaza coeficientii de difuzie. In domeniul de difuzie conteaza doar coeficientii de difuzie. Suprafata de contact, F Depinde de conditiile hidrodinamice ale procesului In sisteme G-S si L-S In sisteme G-L si L-L (lichide nemiscibile) In conditii de regim constante, k si F nu se modifica in timp => scaderea vitezei procesului corespunde diminuarii fortei motrice, ∆C. Forta motrice a procesului Pentru reactia mA + nB = pD in conditii de curgere ideala, forta motrice, ΔC se scrie: Daca reactia este ireversibila: Daca reactia este reversibila: Pentru reactia mA + nB = pD in conditii de amestecare perfecta, ΔC se scrie: Daca reactia este ireversibila: Daca reactia este reversibila: In transferul de masa, in conditii de curgere ideala, forta motrice, ΔC se scrie: De ex., C = presiunea partiala in faza gaz a componentului care se transfera, in procesul de absorbtie, iar Cx = presiunea partiala a aceluiasi component in vaporii de deasupra solutiei (lichidului). Pentru un proces ireversibil, de ex. absorbtie cu reactie, (Cx = 0):

Forta motrice in aparate in echicurent, contracurent si curent incrucisat Sistem heterogen gaz-lichid

Modificarea fortei motrice in conditii de curgere ideala in echi- si contracurent

Forta motrice in echicurent In contracurent => In contracurent randamentul este semnificativ mai mare. De aceea in practica industriala se prefera sistemele in contracurent! Utilizarea sistemului in echicurent:

Forta motrice medie, ΔCm, a proceselor echi- si contracurent este media logaritmica dintre fortele motrice initiala, ΔCi, si finala, ΔCf:

f

i

fim

CCCC

C

log3,2

Pentru absorbtie in echicurent: Pentru absorbtie in contracurent: In curent incrucisat: In practica se utilizeaza relatia pentru sistemul in contracurent. Ex: coloana cu talere si clopote: la nivelul fiecarui taler este curent incrucisat. Forta motrice medie, ΔCm, se calculeaza cu aceleasi relatii pentru toate sistemele eterogene G-S, G-L si L-L. Cresterea vitezei proceselor tehnologice Conform ecuatiilor cinetice, cresterea vitezei proceselor se face prin: - Cresterea fortei motrice a procesului, - Cresterea constantei de viteza, - Cresterea suprafetei de contact dintre faze. CRESTEREA FORTEI MOTRICE Cresterea fortei motrice a procesului se face prin: - Cresterea concentratiei reactantilor (materiilor prime),

- Cresterea presiunii, - Controlul temperaturii, - Indepartarea produsului de reactie din sistem. Cresterea concentratiei reactantilor (materiilor prime): Se realizeaza prin metode fizico-chimice de concentrare in functie de starea de agregare a materiei prime. Concentrarea materiilor prime solide Concentrarea gravimetrica umeda sau uscata Hidroseparatorul – se bazeaza pe modificarea vitezei de sedimentare a particulelor solide intr-un curent de lichid cand viteza curentului scade ca urmare a cresterii dimensiunilor camerei.

Hidrociclonul

1- tub central, 2 – perete despartitor, 3 – camera de descarcare.

Zetajul – sedimentarea in straturi, functie de densitatea particulelor, intr-un curent vertical alternativ de lichid.

Separatorul centrifugal cu aer – solidul este alimentat pe un disc rotativ si imprastiat in conul interior, particulele fine fiind antrenate de curentul de aer si culese in conul exterior.

Concentrarea electromagnetica – separa o componenta cu proprietati magnetice – ferite, cromiti – de componentele nemagnetice.

Concentrarea electrostatica – separa materiale cu conductivitati electrice diferite.

Concentrarea termica Ex: separarea S de ganga constituita din piatra de var, gips etc. Flotatia – se bazeaza pe diferenta dintre proprietatile de udare cu apa a componentelor minereului. Proprietatile de udare sunt descrise de unghiul de contact, θ, format la interfata solid-lichid-aer:

1 – particula neudabila (θ > 0); 2 – particula udabila (θ < 0) Flotatia cu spuma – cel mai utilizat procedeu. Viteza, randamentul si selectivitatea operatiei de flotatie se controleaza utilizand substante de adaos in baile de flotatie:

Cantitatea de agenti de flotatie utilizata este uzual foarte mica: nu depaseste 100 g per tona de minereu separat. Instalatii de flotatie: - Cu agitare mecanica. - Cu agitare pneumatica. Celule identice inseriate, in fiecare celula intrand suspensia a carei spuma s-a separat in celula precedenta.

• 1 – sită; 2 – agitator; 3 – alimentare cu aer; 4 – camera de descărcare a concentratului; 5 – deschidere; 6 – perete; 7 – cameră intermediară;

• A – alimentrea masei de flotaţie; B – alimentare aer; C – evacuare concentrat; D – produse intermediare; E – evacuare steril.

Flotatia mineralelor solubile