IMPIANTI E PROCESSI CHIMICI. Tema A 27 Settembre 2011 Estrazione con solvente configurazione multistadio controcorrente

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Agnella Lazzari
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1 IMPIANTI E PROCESSI CHIMICI Tema A 27 Settembre 2011 Estrazione con solvente configurazione multistadio controcorrente Soluzione Utilizzando i dati di equilibrio è possibile ricavare il diagramma che lega la frazione massiva di acido acetico nelle due fasi, in modo da poter effettuare la costruzione di McCabe-thiele Per semplicità, si fa riferimento a F=100 u.m. per ora, ed indicando con n= portata massiva di acqua nell estratto m= portata massiva di IPE nel raffinato, è lecito attendersi che siano valori piccoli visto la scarsa solubilità di IPE nel raffinato e di acqua nell estratto. Poiché la composizione della corrente in ingresso è 70% acqua e 30 % acido acetico, si ha: =30 u.m./h H 2 O=70 u.m./h Affinché il recupero sia quello desiderato, la portata di Piridina nel raffinato sarà 1.4 um/h. La colonna può essere schematizzata come segue (chiamando con il pedice a le variabili relative alla testa e con b quelle relative alla coda della colonna): Xa F= H 2 O 30 Ac Acet Estratto n H 2 O 28.6 Ac Acet S m IPE Ya Xb Raffinato 70 n H 2 O 1.4 Ac acet m IPE Solvente S IPE Yb Per cui la portata di liquido che scende è In testa: La=F=100 u.m/h=30acetico+70h 2 O In coda: Lb=1.4et+(70-n) H 2 O+ m IPE=50.5+m-n Per cui la portata di liquido che sale è In testa: Va=28.6et+n H 2 O+ (S-m) IPE=28.6+S+n-m In coda: Vb=S IPE

2 Trovo Smin: La portata minima di solvente si può ricavare facendo toccare retta di lavoro e curva di equilibrio (se è controllante l intersezione e non la tangenza, il punto di intersezione è quello con ascissa pari alla composizione dell alimentazione). Poiché le solubilità di IPE nella fase acquosa e dell acqua nella fase organica sono piccole, per il calcolo di Smin possono essere trascurate. Così facendo, è facilmente calcolabile la composizione delle fasi uscenti dalla colonna: Il punto ) e il punto ) rappresentano il punto iniziale e finale della retta di lavoro. Poiché il solvente non contiene Acido Acetico e il valore di Acido Acetico nell alimentazione è 0.3: )= ;0) )= (0.3 ) Per valutare il quantitativo di Acido Acetico, si osserva che poiché m e n sono attesi essere piccoli, e che nei bilanci materiali tendono ad elidersi, si possono inizialmente trascurare (m=n=0). In questo modo: Nell estratto la frazione di Acido Acetico è: 28.6 ya, f( S) 28.6 S n m Nel raffinato la frazione di Acido Acetico è: 1.4 x % 71.4 m n La curva di equilibrio è facilmente desumibile dai dati sperimentali. Poiché le portate non sono costanti lungo la colonna, è utile tracciare almeno un punto intermedio per verificare la forma della curva di lavoro. Ad es, per un valore di nell estratto pari a y=0.0482, si ha estratto % massive Fase eterea C A B % Ac Acetico % Acqua % Iso propil etere Il bilancio materiale consente di calcolare la composizione del raffinato. Infatti:

3 Xa F= H 2 O 30 Ac Acet Estratto n H 2 O 28.6 Ac Acet S m IPE Ya L =? L=? V =? V=? Xb Raffinato 70 n H 2 O 1.4 Ac acet m IPE Solvente S IPE Yb Prendendo come riferimento, con una portata di S=200 um/h: Poiché il solvente entrante è puro, allo stadio di interesse la frazione massiva di IPE è diventata , il che significa, trascurando la migrazione di IPE (m=0), che la portata V=S/0.9328= um/h. V = *0.0482= um./h (portata etico) Con il bilancio sulla etico si ottiene: L = = um/h L= (28.6+S+n-m)= um/h Il che fornisce un valore di x= / = Da cui il terzo punto della linea di lavoro è: )= ( ; ) Analogamente è possibile ricavare un quarto punto )= ( ; ). Il che conferma la forma non esattamente lineare della linea di lavoro e che la portata di S=200 è Smin (tangenza).

4 Lavorando al 50% di eccesso si utilizzerà una portata di solvente pari a S=300, da cui si ricava. y S n m Ora vanno valutati i valori di n e m, che dipendono dalla mutua solubilità di acqua e IPE in presenza di Acido Acetico. Trovando il punto sulla curva dell estratto che ha il 8.7% di Acido Acetico: Si osserva che ha un contenuto di acqua del 3%. Per cui n S n m Allo stesso modo, Trovando il punto sulla curva del raffinato che ha il 2% di Acido Acetico: Si trova xipe=1.5%. Per cui m (70 n) H O m 2 Per cui si può ricavare n e m: n

5 m Che conferma che i valori di m e n sono relativamente piccoli rispetto alle portate in gioco. Ora possiamo ri-calcolare i valori delle portate uscenti e della composizione dei punti intermedi: x y coda intermedio intermedio testa y Acido Acetico, estratto Equilibrio lavoro x Acido Acetico, raffinato

6 La costruzione grafica mostra, partendo dalla corrente di raffinato di composizione x,a, che con 5 stadi è possibile effettuare la separazione. Estratto 0.14 xa, ya, y Acido Acetico, estratto Equilibrio lavoro x1, x2, 1 2 y2, y3, xn 1, yn, x Acido Acetico, raffinato N xb,p 4 yb,p Raffinato

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