Distillazione + Separazione con Membrane Distillazione + Adsorbimento

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Samuele Luigi Randazzo
7 anni fa
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1 Distillazione + Separazione con Membrane Distillazione + Adsorbimento Membrana Barriera semipermeabile tra due fasi che separa i composti a diversa permeabilità ermeato => frazione che passa attraverso la membrana Concentrato (Retentato )=> frazione trattenuta Separano Due liquidi Due fasi vapore Un liquido e un vapore Forza motrice => differenza di concentrazione o pressione parziale er incrementare la FM: Fase liquida => Solvente lato permeato Fase vapore => Differenza di pressione Elettroliti => Campo elettrico Flusso attraverso la Membrana N i i= δm FM 85

2 arametri caratteristici: CORSO DI IMIANTI CHIMICI II: ROCESSI DI SEARAZIONE DI MISCELE COMLESSE Selettività: Frazione di permeato α i i= j F θ = FF Tipologie di membrane orose => Selezione per dimensione Dense => Selezione per affinità e diffusione attraverso la membrana Combinate Arrangiamento fisico: Simile a un fascio tubiero Tubolari 5 < d < 10 mm Capillari d < 5 mm A fibra cava d = 0.1 µm Simile a un sistema a piastre (non rigide) 86

3 Arrangiamento fluidodinamico (ideale) Equicorrente Controcorrente Cross Flow Camere miscelate Normalmente la voce più importante del TAC è il costo delle membrane rocessi a membrane Separazione di gas Alimentazione ad alte ermeato a basse Basse efficienze di separazione Esempi F FM = p i p urificazione di H 2 da idrocarburi i Separazione N 2 O 2 urificazione dell aria Osmosi inversa Membrane dense Bilancio della pressione osmotica + sovrapressione Basse temperature FM = π + olarizzazione dell interfase (di concentrazione) π all interfase dal bulk 87

4 Esempi Desalinizzazione acqua di mare Rimozione di inquinanti ionici da scarichi Recupero di reagenti in forma ionica Nano filtrazione => size exclusion molecolare Addolcimento dell acqua re-trattamento acque Concentrazione di alimenti Ultrafiltrazione => size exclusion µm Disoleatura dell acqua Decolorazione Microfiltrazione size exclusion µm Chiarificazione di alimenti Rimozione di grassi da latte e alimenti Rimozione di batteri da grassi e alimenti 88

5 Dialisi => processo basato sul gradiente di concentrazione FM = C Resistenze in serie => di solito controlla la diffusione nella membrana Recupero di reagenti urificazione di farmaci urificazione del sangue umano Elettrodialisi => processo basato sulla migrazione Soluzioni diluite o a numero di trasporto non nullo Membrane a scambio anionico e cationico Reazioni agli elettrodi recupero di Sali da scarichi industriali purificazione di acque da inquinanti ionici ervaporazione => membrana interposta tra liquido e vapore Disidratazione dell etanolo 89

6 Adsorbimento e scambio ionico rocessi che sfruttano i legami tra un soluto e un solido; nello scambio ionico l equilibrio tra ioni in fase solida e liquida => l agente separante è un solido Adsorbimento Chimico => legame chimico (composto superficiale) Adsorbimento fisico => legame più debole di tipo fisico Importante la reversibilità del processo Caratteristiche del solido Alta superficie specifica Reversibilità dei legami Costo Massima quantità captabile dal solido => Equilibrio q = f(c p) Isoterme di adsorbimento Langmuir => monostrato, singolo composto k C q i i = qmax 1 + k Ci Freundlich => multistrato, nessun limite q i = k C i n 90

7 Adsorbenti industriali: CORSO DI IMIANTI CHIMICI II: ROCESSI DI SEARAZIONE DI MISCELE COMLESSE Carbone attivo => Matrice carboniosa con terminali superficiali ossidati (OH) Separazione idrocarburi urificazione gas Trattamento acque Rimozione coloranti e odori Setacci molecolari (zeoliti) => alluminosilicati, adsorbimento intracristallino Disidratazione dell etanolo urificazione dell idrogeno Gel di silice, e allumina attivata => alta affinità per l acqua, principalmente disidratazione di aria e altre miscele gassose Materiali polimerici => resine a terminale aromatico o sostituito Scambio ionico Adsorbimento Rigenerazione: Variazione delle condizioni di T e/o Utilizzo di solventi o vapore Arrangiamento delle unità: Letto fisso (cicli) Letto fluido ricircolante Letti mobili reali o simulati 91

8 rocesso di adsorbimento con variazione ciclica di pressione (SA) Ciclo base => 2 colonne C1 e C2 Step 1: Flusso di alimentazione attraverso C1 ad alta pressione; arte del prodotto depressurizza e rigenera C2 C1 C2 R F R C1 C2 Step 2: C2 pressurizzata con alimentazione C1 depressurizzata F Il ciclo non è ideale 92

9 Ciclo modificato (UO) 3-12 colonne Ogni colonna, a rotazione 1. Adsorbimento entra F esce 2. Depressurizzazione in equicorrente niente alimentazione, l uscita rigenera un altra colonna 3. Depressurizzazione in controcorrente; la colonna è portata alla minima pressione, il gas è prelevato dall alimentazione come residuo 4. urge con idrogeno puro in controcorrente 5. ressurizzazione con idrogeno puro in controcorrente Recupero di acido cromico da impianto di cromatura Step 1: lo scarico contenente cromo (VI), in forma anionica e (III), in forma cationica attraversa due letti di resine, cationica e anionica C Cr VI (anione) A H 2 SO 4 NaOH Cr VI Acido C A C Cr III (catione) Cr VI (anione) H 2 O Cr III a trattamento Cr VI Sale di sodio Step 2: La resina cationica è rigenerata con acido solforico, l effluente va al trattamento acque; la resina anionica è rigenerata con soda, l effluente, cromato di sodio, è riconvertito ad acido cromico in un altro letto a scambio cationico. 93

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