Progettazione di impianti chimici

Equazioni di processo

Cη = [ + ][(1 c) c(R 1)]
CRI λc λc0Pcη =CRI RF 0c0 c− −F 0c0 P c/R U PC C (c + 1)
F am = cF 1 = F am + FF c + F cfamc1 = F 1−E1 = F 1 F 0− −E = F 0 F am + P c/R P c——————————————————–F = 19316.58 kg/h, portata solventecf = 0.1097 concentrazione uscente dal reattoreF*cf = 2119.49 kg/h, portata solutoR = 3.0756C = 0.225 concentrazione in uscita al cristallizzatoreC0 = 0.265 concentrazione in uscita ai concentratoriC* = 0.27783725401259585 concentrazione nel cristallizzatore dovutaall‘evaporazione94.653 %, efficienza globalePc = 6170.24 kg/h, portata cristalli idratiUc*Pc = 617.02 kg/h, portata di soluzione uscente dal cristallizzatoreUc*Pc*c/(c+1.) = 113.33 kg/h portata soluto dal cristallizzatoreUc*Pc/(c+1.) = 503.69 portata acqua uscente dal cristallizzatoreTcri = 30 gradi Celsius, temperatura cristallizzatorePcri =

[0.0423] bar, pressione al cristallizzatore35.68 %, efficienza cristallizzazioneE1 = 13668.47 kg/h, portata vapore uscente dal concentratoreE = 980.31 kg/h, portata di vapore uscente dal cristallizzatoreFam= 15568.77 kg/h, portata di recupero in uscita al cristallizzatoreaddensatore non necessario0.323 rapporto S/L in uscita al separatoreT1 = 52.98 gradi celsius, temperatura al nodo——————————————————–Pconc1 = [0.700] bar, pressione al primo concentratorePconc2 = [0.311] bar, pressione al secondo concentratore26Pconc3= [0.123] bar, pressione al terzo concentratoreTconc1 = 90.0 gradi Celsius, temperatura primo concentratoreTconc2 = 70.0 gradi Celsius, temperatura secondo concentratoreTconc3 = 50.0 gradi Celsius, temperatura ultimo concentratoreE11 = 4556.1656 kg/h, vapore uscente dal primo condensatoreE12 = 4556.1656 kg/h, vapore uscente dal secondo condensatoreE13 =

1. 4556.16565 kg/h, vapore uscente dal terzo condensatore
2. Fout1 = 30329.18 kg/h, portata massica uscente dal primo concentratore
3. Fout2 = 25773.015 kg/h, portata massica uscente dal primo concentratore
4. Cconc1 = 0.1854 concentrazione di soluto uscente dal primo concentratore
5. Cconc2 = 0.2181 concentrazione di soluto uscente dal secondo concetratore
6. Q1conc = 4765.55 kW, portata termica del primo concentratore

2.1.4 Valutazione sistema dei concentratori e cristallizzatore con scambiatore

Il sistema con scambiatore è meno efficiente (a parità di condizioni e portate) e dal mio punto di vista meno conveniente anche per gli aspetti operativi e dei costi poiché si riflussa nello scambiatore una corrente molto ricca di sali e con il tempo si hanno, con molta probabilità, incrostazioni o malfunzionamenti del raffreddatore.

A mio parere si dovrebbe utilizzare una cristallizzazione con scambiatore quando si vogliono temperature al cristallizzatore minori di 30 ℃.

aumentare quindi la resa del processo e quando (per esempio) non si possono utilizzare pompe ad anello liquido. In entrambi i casi si è scelto come fluido refrigerante acqua gelida.

27f0 = 26731.08 kg/h, portata solvente uscente concentratore

fam = 22063.31 kg/h, portata solvente uscente cristallizzatore

28.32 %, efficienza cristallizazione con raffreddamento η

Qc= 914.798 KW, potenza termica chiller

rapporto S/L basso, introdurre un ADDENSATORE

S/L = 0.228 rapporto solido-liquido in uscita al separatore

2.2 Dimensionamento Essiccatore

Sono stati analizzate due diverse strategie di essiccamento: quella con essiccatore rotativo e a trasporto pneumatico.

2.2.1 Essiccatore rotativo

Sono state impostate le seguenti grandezze:

dp = 0.001 m, diametro particelle

Ucout = 0.01 umidità cristallo in uscita

Hgin = 0.015 umidità gas

Tg0 = 25.0 gradi Celsius, temperatura aria da preriscaldare

Per prima cosa, si determina la temperatura alla quale l'aria è preriscaldata prima di

essere inviata all’essiccatore per assorbire l’umidità dei cristalli. La prassi consiste nel trovare il punto di intersezione tra la retta passante per il valore di umidità in ingresso e la retta di saturazione adiabatica passante per la temperatura di bulbo umido. La temperatura di bulbo umido è determinata come l’80% della temperatura di decomposizione del sale.

Imponendo un’efficienza del 70% si determina la temperatura del gas in uscita e di conseguenza la sua umidità per lettura grafica.

− ∗ −T = T η (T T )g,out g,in g,in bu

Successivamente è stata calcolata la quantità di acqua evaporata e la portata di aria richiesta per effettuare l’operazione tramite un bilancio entalpico.

∗ −W w = P c (U U )C C,out

∗ −Gp = W w λ/cp /(T T )air g,in g,out

Si impone la velocità del gas specifica Gs (0,5<Gs<5) e di conseguenza si determinano tutti i parametri geometrici.

necessari per il dimensionamento dell'essiccatore, avendo cura di rientrare nei valori tipici.

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-dp = 0.001 m, diametro particelle

Ucout = 0.01 umidità cristallo in uscita

Ww = 555.3217418172675 portata di acqua evaporata

Hgin = 0.015 umidità gas

Tg0 = 25.0 gradi Celsius, temperatura aria da preriscaldare

Tgin = 119.0 , temperatura gas entrante

Tgout = 63.7 , temperatura gas uscente

Gp = 24369.08 kg/h, portata gas 28D =2.076 m2, diametro essiccatore

tau = 30.66 min, tempo di permanenza dell'essiccatore rotativo

L/D = 6.38 rapporto L/D

Dc = 2.076 m, diametro colonna

alfa = 0.000314 angolo di inclinazione

N = 2.761 rpm

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2.2.2 Essiccatore Pneumatico

Si ripete lo stesso procedimento iniziale effettuato per l'essiccatore rotativo, ovvero si stabiliscono umidità del cristallo in uscita, l'umidità del gas in ingresso, la temperatura di aria da preriscaldare e il diametro delle particelle. Sono

stati cambiati alcuni valori rispetto al caso precedente come per esempio il diametro delle particelle e l'umidità del cristallo in uscita.

L'essiccatore a trasporto pneumatico si utilizza quando il diametro delle particelle è abbastanza piccolo e di conseguenza si hanno tempi di permanenza τ minori di 3 secondi (molto inferiori rispetto al rotativo).

Si determinano le portate di acqua evaporata, la portata del gas e le sue temperature analogamente al caso precedente. Tramite correlazione delle conducibilità termiche è stata valutata quella dell'aria e successivamente il tempo di permanenza τ. Sono state effettuate delle verifiche prima di procedere con la determinazione dei parametri geometrici:

• la condizione di caso diluito, per cui Pc/Gp<1;
• la velocità minima del gas sia inferiore alla velocità effettiva;
• il tempo di permanenza sia inferiore a 3;

A questo punto, si determinano tutti i parametri.

geometrici e le velocità di attraversamento del gas. Infine, si calcolano tutte le perdite di carico, avendo fatto l'ipotesi di tubi lisci.

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Ucout = 0.05 umidità cristallo in uscita dp = 0.0003 m, diametro particelle Ww = 308.512 portata di acqua evaporata Tg0 = 25.0 gradi Celsius, temperatura aria da preriscaldare Tgin = 119.0 gradi Celsius, temperatura gas entrante Tgout = 63.7 gradi Celsius, temperatura gas uscente Tau = 1.489 s, tempo di permanenza essiccatore pneumatico Gp = 13538.38 kg/h, portata gas 0.2532 Pc/Gp Dc = 0.9097030890171462 m, diametro essiccatore pneumatico dp,g = 20.251 Pa, perdite di carico gas dpg,oriz = 578.162 Pa, perdite di carico del gas orizzontali dpg,vert = 1326.945 Pa, perdite di carico del gas verticali dp,geod = 487.588 Pa, perdite di carico geodetiche dp,ciclon = 490.0 Pa, perdite di carico al ciclone dp,scamb = 3000.0 Pa, perdite di carico scambiatore dp,colonna NaOH = 800.0 Pa, perdite di carico colonna di NaOH

lavaggiodptot = 7.006 KPa, perdite di carico totali circuito con ariaLoriz = 13.837 m, lunghezza orizzontale essiccatoreLpvert = 13.261 m, lunghezza verticale essiccatore——————2.3 Ventilatore

Il ventilatore preso in esame è quello atto a movimentare l’aria in ingresso all’essiccatore ed è stato posizionato a valle del circuito. Nel caso di impianti in cui si hanno gas tossici (come nel caso in esame) si usa mettere il ventilatore a valle del circuito per essere in sottovuoto (leggero) in modo da non far fuoriuscire delle perdite di gas nell’ambiente (al più nelle giunture entrerà un pò di aria).

Da catalogo Ferrari è stato scelto il ventilatore FG 901 N1A, in base alla portata di aria trattata (ed efficienza). Da lettura grafica si estrapolano alcune grandezze tra cui Pd, efficienza, potenza.

La pressione statica Ps è stata imposta pari alle perdite di carico del circuito (precedentemente

calcolate) poiché sono le perdite di carico che deve vincere il fluido all'interno del circuito. Per determinare la pressione totale che genera il ventilatore si deve aggiungere alla pressione statica anche la pressione dinamica che intrinseca della cinetica del fluido. Quest'ultima si può ricavare tramite il grafico del ventilatore scelto. L'aria in uscita dall'essiccatore potrebbe contenere delle tracce di gas tossico, per questo motivo è stato scelto di posizionare il ventilatore a valle del circuito. Tale corrente non può essere liberata in atmosfera. È stata valutata l'ipotesi di inviarla alla colonna di lavaggio a monte del cristallizzatore (in forte sottovuoto) ma la pompa a vuoto non riesce a smaltire tutta quella portata. La scelta adottata è stata quella di avere un'altra colonna di lavaggio che opera a monte del ventilatore, in leggero sottovuoto. Con questo espediente è possibile effettuare unonto della pompa a vuoto è garantito da un motore elettrico con potenza di 312.4 kW. La portata di aria sfiatata in atmosfera è di 3.609079847118668 m3/s, con una pressione statica di 7005.8227728109105 Pa. Il ventilatore utilizzato è un Ferrari FG 901 N1A, con una potenza di 2500 N, un livello di pressione sonora di 86 Db/A e un'efficienza del 87% circa. La pressione dinamica è di 1000.0 Pa, mentre la pressione totale è di 8005.8227728109105 Pa. La temperatura desiderata al cristallizzatore è di circa 30 ℃ e viene utilizzata una pompa ad anello liquido per ridurre i costi operativi e di investimento.