IMPIANTI E PROCESSI CHIMICI Esercitazione n 10

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1 IMPIANTI E PROCESSI CHIMICI Esercitazione n 10 Estrazione con solvente configurazione ultistadio controcorrente Soluzione Utilizzando i dati di equilibrio è possibile ricavare il seguente diagraa, che lega la frazione assiva di acetone nelle due fasi, in odo da poter effettuare la costruzione grafica a gradini. Ad esepio, se si vuole ricavare la coposizione del punto E (Plait Point), nel quale le due fasi hanno la stessa coposizione: Acetone=0.48 Acqua=0.25 MIK=0.27

2 Al punto M, che si trova all interno della zona bifasica, sono associate le due fasi Estratto e Raffinato collegate dalla conodale passante per M. La coposizione della fase estratto è: Acetone=0.23 Acqua=0.05 MIK=0.72 Per il Raffinato corrispondente: Acetone=0.12 Acqua=0.84 MIK=0.04 Ripetendo lo stesso procediento per altre conodali è possibile ricavare la relazione di equilibrio che lega la frazione assiva di Acetone nell estratto a quella nel raffinato:

3 yacetone, estratto equilibrio xacetone, raffinato Facendo riferiento a F=100 unità di assa (u..) per ora, ed indicando con n= portata assiva di acqua nell estratto = portata assiva di MIK nel raffinato, è lecito attendersi che siano valori piccoli visto la scarsa solubilità di acqua nel raffinato e di MIK nell estratto. In pria approssiazione è possibile trascurare questo aspetto, a qui si propone nella soluzione l approccio non seplificato che non trascura e n. Poiché la coposizione della corrente in ingresso è 60% acqua e 40 % acetone in assa, si ha: Acetone=40 u../h H 2 OW=60 u../h Affinchè il recupero sia del 99%, la portata di Acetone nell estratto è =39.6 A (u/h). La portata di Acetone nel raffinato sarà quindi 0.4 u/h. La colonna può essere scheatizzata coe segue: F= H 2 O 40 Acet Estratto n H 2 O 39.6 Acet 100- MIK Raffinato 60-n H 2 O 0.4 Acet MIK Solvente 100 MIK

4 Per cui la portata di liquido che scende è In testa: La=F=100 u./h=40 (A) + 60 (H 2 O) In coda: Lb=0.4 (A)+60-n (H2O) + (MIK)=60.4+-n Per cui la portata di liquido che sale è In testa: Va=39.6 (A)+ n (H 2 O) (MIK)=139.6+n- In coda: Vb=100 (MIK) Ora vanno valutati i valori di n e, che dipendono dalla utua solubilità di acqua e MIK in presenza di acetone. Per valutare il quantitativo di acetone, si osserva che poiché e n sono attesi essere piccoli, e inoltre che nei bilanci ateriali tendono ad elidersi, si possono inizialente trascurare. In questo odo: Nell estratto la frazione di acetone è: y aa, n Nel raffinato la frazione di acetone è: x ba, n 60.4 Trovando il punto sulla curva dell estratto che ha il 28.37% di Acetone: Si ottiene la frazione di acqua in equilibrio presente nell estratto: il 4.4% Per cui n n Allo stesso odo, Trovando il punto sulla curva del raffinato che ha il 0.66% di Acetone:

5 Si trova xmik=2%. Per cui A (60 n) H O n 2 Risolvendo il sistea di due equazioni in due incognite: n n n Si ottiene la soluzione: n= = Che confera che i valori di n e sono relativaente piccoli rispetto alle portate in gioco. Ora possiao calcolare i valori delle portate uscenti: In testa: Va=39.6 (A) + n (H 2 O) (MIK)=139.6+n-= u../h In coda: Lb=0.4 (A) n (H2O) + (MIK)=60.4+-n=55.13 u../h E quindi le coposizioni:

6 Nell estratto la frazione di acetone è: 39.6 y aa, n Nel raffinato la frazione di acetone è: 0.4 x ba, n Si osserva che tali coposizioni sono piuttosto siili a quelle inizialente utilizzate ( e ) per leggere il valori di MIK e acqua presenti nell estratto e nel raffinato. Quindi non è necessario effettuare una ulteriore iterazione nel diagraa di equilibrio. Il punto ( x ba, ; y ba, ) e il punto ( x aa, ; y aa, ) rappresentano il punto iniziale e finale della retta di lavoro. Poiché il solvente non contiene acetone e il valore di acetone nell alientazione è 0.4: x ; y ba, )=( ;0) x ; y aa, )= (0.4; ) ( ba, ( aa, Da cui è possibile tracciare la retta di lavoro. Poiché le portata non sono costanti lungo la colonna, è utile tracciare un punto interedio per valutare la deviazione dalla linearità. Ad es, per un valore di acetone nell estratto pari a ya=0.1 (punto che si trova in uno stadio interno della colonna), si ha Acetone=0.1 Acqua=0.025 MIK=0.875 Il bilancio ateriale, nota la coposizione consente di calcolare la portata dell estratto, e inoltre consente di calcolare la portata e la coposizione del raffinato. Infatti:

7 F= H 2 O 40 Acet Estratto n H 2 O 39.6 Acet 100- MIK Acetone L =? L=? Acetone=0.1 Acqua=0.025 MIK=0.875 Acetone V =? V=? Raffinato 60-n H 2 O 0.4 Acet MIK Solvente 100 MIK Poiché il solvente entrante è 100 (MIK puro) e sapendo che la portata di MIK varia olto poco lungo la colonna (=1.1 rispetto ad una portata entrante pari a 100) è lecito considerare la portata di MIK costante. Allo stadio di interesse la frazione assiva di MIK è diventata 0.875, il che significa, trascurando la igrazione di MIK ( è piccolo) che la portata V=100/.875= u/h. Dato che la frazione assiva di acetone è 0.1, AcetoneV= =11.43 u/h Con il bilancio sull Acetone si ottiene: Acetone L = =11.83 u/h L= ( n-)=69.41 u/h Il che fornisce un valore di xa=11.83/69.41=0.17. Da cui il terzo punto della linea di lavoro è: x ; y )= (0.17; 0.1) ( A A Il che confera la fora quasi lineare della linea di lavoro yacetone, estratto equilibrio lavoro xacetone, raffinato La costruzione grafica ostra che con 4 stadi è possibile effettuare la separazione.

8 Estratto xa,a ya,a x1,a y2,a yacetone, estratto 0.3 ya,a y2,a y3,a4 3 0 x1,a x2,a x3,a x4,a xacetone, raffinato equilibrio lavoro x2,a x3,a y3,a y4,a x4,a y5,a Raffinato