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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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%
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
8/64
8
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
9/64
9
Capitolul 1
Elemente deingineria
proceselor de separare
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
10/64
10
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
17/64
17
1.2. Procese industriale de separare
Subproduse
Reactor Separator
Reciclu
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
20/64
20
Un proces chimic poate implica unul
sau mai multe moduri de operare:
discontinuu
continuu
semicontinuu
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
35/64
35
Amestec dealimentare
pentru separare
Produs 1
Produs 2
Produs N-1
Produs N
.
..
F 1
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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)
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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)
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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)
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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:
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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;
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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)
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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
7/31/2019 1 PTM_PPP Introduce Re Procese de Separare_PPC
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.