Impianti chimici - parte 3

Concentrazione: bilanci e scambio termico

Bilanci e termini integrali

I )(tutti bilanci trattotermini i5 integraliquelliinACC TSIIN OUT GEN tt= - entrantemoto convettivomoliIN che entrano unin= ""OUT uscente= ? )trasformano ( delche scambianogenerano caloredi siGEN siruoli omassa generanoo nel: tramiteAll' all'fasemateriatrasf di AltracaloreTERMINE daINTERFACCIASCAMBIO o una sup: .effettol' (tempo fadell' hodx cosìche cambiareeffetto quellopuòAcc nel 2-che possoequae avariare= .)base effettoall'segnii ⑥ragionare incon o:-OConvenzione impiantoÈ Éralili frazioni ciòperché è all'chepoud interessausano ,liFWF V.Wi 0JOWTO t=:• )( (F tv) 1- WiWr =LtSOLV -: F La VTOT : =e* % tot riferiscedella elementosi quell'chemassa a ,l' terminilui poiprende 5 cisemprecome ca e ragionaragiona con:F. V10l' )soluto We Wi0 - -=→ ↓ perché trascinamentovolatileche soda diciassumo sia Lnon sianonenudisinonGEN generano0= , fasetrasferimentoperchè dahoTSI O unanon= ( ))( V.F- Wi I1solvente LWr1-O -= -→ . ↳ losolventeperchè disolo stesso discorso1 ho per prima! ! !globale hoquella maiN B In non qui..globale 1F- VO -=→ .Posso !!due la voglioterza cheottengoperché le quelle !prime posso usare2usarne se sollevo ,( le) mettosoluto nellavoglioquelloglobale menoi sistema sapendo uniècheuseremo a pere m ,.,,risoluzione dueho vie : {1) F=Lf- "{ tv Lt V= NEW1-(li WwfF- ;)f.✓ =↓.✓ 'ho totusato l delquasi quella SUVe.stilando LIN loè discambiatore caloreBilanci entalpia ↑fluidi fornisce?

Bilanci di entalpia e separatore

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Approccio teorico

Approccio teorico formatoil cedutoQs può ⑥di èsegno -00 oessere se portatatutte potenze ! la!considero Quindi MoltiplicandoQHda Ottengo massaloN B per in. . funzione statoèrealtà inizialeH differenza diperché quelloessendo dipende daunaN B IN una e. . finale fissoquello condizionequesto diper una.riferimento delcontenuto dallo sistemaquelloentalpia arrivoparto SR ae: °=→Angbilancio / bilancio completo sul separa: ,↓ toreall'scambio interfaccialui diversoragiona : fasecambio diTcalibro ↑↑À "À )(ni SOLUZIONEDILATENTE 9qSENSIBILEq= + +- fissatoavendo /F- T sistemadel sasolutosolventeL persper e( fasefase( )S)LRicordando due separatidei elementifolliaesotermica il èche dinel dellacaso Qrealeuna <..↓ ilmettounicaso diin soluzioneqIodio acquainls .bilanci finali diV funzionamento dentroTalla DTli produco quindi 0esconole e =: entratadi separatoreT T F che Ventra lequelloè escono↑ ,F → riscaldaF sil salutelal- solidodiha che daparteV Fuguale- %va soluz in Main e non↓ soldiquesti coloriduequesto diversa diiperché eevapora sonoseparatore quelloèil lichenel L producolorimane einvecequestione segni ,: finanziamentoquà diTalla quindi latentescambio diho qnon) ?ètutt ha altail H del④ V piùperché una Lsi→ ) ?Cplte è )è⑥T No devoperchè dipende prendovedere dallo(lo che⊖ SR 0ma→- ,dicolori soluzione :"DHÌ ho contributocalcolo delnegativocontributo• della correntenel entalpiasono 0 unse < sciogliendosiliberail soluzs qin• .la solutoha separatamentesoluz• cont del solvente presiMinoreun euerg e. .. "" """ """"" positivoDHS "Il• soIl in assorbe sciogliendosis soluz• q.ho contributo energetico• maggioreun stessoL lodevonoFolleB.N segnosia avere.

Considerazioni numeriche e calore di soluzione

Considerazioni dinumeriche soma9sul .))DAIDHÌ )[ (LW )IT( ( )F. TWF - ,iE Im IDÀÌIIDÀI )risalii. È )uni saliperma -= è moltoH trascurarlominore posso?Quindi saràil dipende diDTdi 0dal osoluzq <ma >. ,( funzione fareTèche lasapendo mediadella pendenzache variacp una possopocacurva in con)|l'aritmetica evitando graficola [da quindidipende soluz cambiadal considero1di e9 come un,. *diluizionedi infinita9 TaKage ^alcalidi _.. : della malattiaalcalimoti H2O didi moli reciproco• ✗ =!! !diluiscadiandando concentroverso ae sxprocedura : soluto solvente ille valorediruoli dellericavo e 1ricavoe sto valutandodipendel' del Fho salutosulle LH cosaIN ey , parte dinella ricavoquindiragionamento : Fl' H INµ 'dx1concentrataFsapendo i due puntiricavoche }poco nelF-☐ graficoil diluitaLdaè meno9scambiare ↓ tidelOH↳ { graficoe sx });{ AHIm' IT( )17 )( DH) TCar tuF. (Qs V.trTconsiderando + + sale --=DHÌ ' DHÌAlti ! PerSe soluzionei uni⑥diche perso 9vieneO > alle• >< ,concentrare )fornire ( endotermicasoma esotermica viceversadevo 9una x.le esotermica ha devo concentrareè sciogliereregalato devo ridareseq xmie q, solital' dellaentalpiail libera 'sale diminuiscecalorese concentraresciogliendo si ridareoccorre eper; ,., fornire energeticoIl concentratacontenuto èdella soluzdadiluizione calorenellapersaenergia : ..diluita)(della diquello alimentazionedi soluz più> . formazione (25°CTsr tabulato direèperchèprendoquando AH èchevuolho 25°CNB reali a=. .stato 25°C )trovato a (( trascurare) Ii lotabulatiI Tanaloghi b perchéDTilsoma Dtèaddi possoccomeUmasono9 «. )!! !TRprendo una ilinfinita perchèDiluizione diluizioneII.dipende dalla diraggiuntoquesta ho ovvero* malnon ,)(le poiché REDÙsentono troppo lontanemolecole reciprochepresenze Sowanon ✗ .haIDEALI tentato anche vicinesottili✗ senonBilancio dimensionamentodello scambiatoretermico calorescambio dello di→termico forza motricescambio conduttanza9la = =: .. A Ci laprogettoDI permette calcolaredilaQs tra QsU A laquindi A. velaho necessaria2- sup ine eme>= .. . . /scambiataeffettivamentetermica controllopotenza verificain 29/11/2022differenzaÈ finitaDT forza di scambio termicomotricela mediaè puòma essereunami .

Scambiatore e dimensionamento

È rotore forzail lungodellalavariabile lungo ,lamotrice supsup .. µ tutta⑦T miscelataNel ho fase completamentecontesto quindinostro una [ T ugualidefinizione 1per eF- ovunque è d'ausiliariofluidoil saturose acquavapor'È Twstcondensa partealtrache T acost ho nea .AT Tunicobolle dicostante è diUn L condensazioneT luttoè ea purse → mi :funzionamento ( )TsQs A TU -..=c' altiaspettoun' H moltocondensazioneè Ue mievaporazione ePer U ho duela contaresistenzedi più grandequellasomma ma fluidi Latellagli cheda aspetteremo scambianociminori daquelli cheU sono q( ))lo( avanti chesvediamo entra condensapiù ePossoforza fornire condensatolinee dritte peròhocostantemotrice Tdue cambiandonon mase q: .chimica DTMIavendoe uso ancoranon reali . I ↓ ilse fluido di serviziosensibilescambia q , quindiTdiesiste profilo eunDTMIUSASIHo forza motricebulliInnalzamento PT costi parte dellaperchésale DTe scopino cost unao minoreuna: .↑ ( )negativol' sensibilemangiataha Questo FUteè che scambiaV condensa chesia qcon con. PDovreicon scambiataho termicaquesto potenza dicondensare cambiominore uncon, .ilconta ilNon corrente uscitadi uscita tradella di entratacalore in conta Dg somasoluz ema,. .)( ilQuesto DHper hoperchè separatoreQuesto impianto stranoesercizio è-311 30 sepapag . . tubi lunghi verticaliè concentratore esternaun a sup ai.[ ) vogliamoabbiamonoi ma Wr.Pibb / diluna : progettodatoprogetto impiantospecifica dell'calcolodi dimensionelauna: datoverifica prestazione [impianto laverifico ottimalela Jovveroun: , ,fatto il tranquilloprogetto dimensionamentoilfunziona hoimpiantocontrollo cosìsovraese sono: , funzionailc' nell'rischio Altrosotto perdo soldichedimensione casose è non , . basefattore piùmoltiplicole dimensioni chepoicalcolo grandeèper ine menooun→ All' portavaincertezza dietroche si . laSe lavantaggioho prestazioneho Seprestazione èdi aumentaredevemenonessunecc nonun . .funziona soldispecifica difiloni ancheprogetto megliose perdosono se, .manovella cambio le coseunacon→

Concentrazione: riassunto

Concetti fondamentali

Un concentratore è molto simile a un evaporatore parziale (singolo stadio di equilibrio), ma con la semplificazione che il soluto non è volatile.

La concentrazione è un problema di scambio termico e la risoluzione e il dimensionamento portano, come ultimo aspetto, al calcolo della superficie di scambio termico A.

Esistono diverse tipologie di concentratori, ma la soluzione passa sempre attraverso (almeno) un sistema di equazioni:

• Bilancio di materia sul soluto;
• Bilancio di materia globale;
• Bilancio di energia sul fluido di processo da concentrare;
• Bilancio di energia sul fluido di servizio usato per fornire calore;
• Equazione cinetica dello scambio termico.

Nel bilancio entalpico del fluido di processo compaiono termini di calore di soluzione.

Si noti che quello che conta:

• Non è l’entità del calore di soluzione nel liquido uscente;
• Ma la differenza del calore di soluzione posseduto dalla corrente uscente (concentrata) rispetto a quella entrante (diluita).

Concentrazione: riassunto

Concetti fondamentali

I calori di soluzione possono essere trascurati SE:

• Le entalpie di soluzione sono basse;
• La concentrazione del soluto è bassa;
• La variazione di concentrazione del soluto è bassa.

Nei bilanci entalpici è possibile una soluzione semplificata, ma la soluzione completa e maggiormente corretta passa attraverso l’assunzione di uno stato di riferimento.

L’equazione dello scambio termico:

̇" = $ & & & Δ(% (2$)

• Non è un bilancio di energia o materia;
• È l'espressione cinetica del termine di scambio di calore all'interfaccia;
• Esprime la velocità con cui il calore viene effettivamente scambiata;
• Essa contiene la forza motrice media, differenza di temperatura, sulla superficie di scambio che deve essere espressa in modo corretto.

Concentrazione: esercizio

Esercizio.1 - testo

Si vuole produrre una corrente acquosa concentrata di un sale mediante un processo di concentrazione di una soluzione diluita di concentrazione pari a 112 g/L con portata F pari a 100kg/h e temperatura di 25°C. La pressione nel concentratore è pari a 1 atm.

Il processo avviene in un concentratore a circolazione forzata e superficie di scambio esterna (vedi figura).