• Author / Uploaded
• Isamar Alcantara Gomez

Citation preview

Instituto Polité cnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

FORMULARIO

Procesos de Separació n por Membrana y los que involucran una fase só lida.

http://www.weiku.com/products/9303465/Rotary_drum_dryer_for_stones_or_slag_90t_h_.html

Profesor Gregorio Zacahua Tlacuatl

Cd. De México

3 de octubre de 2017

PRIMER DEPARTAMENTAL

Difusión Molecular

Procesos de membranas

CA0>CA1 Con la Ley de Fick:

Resistencias en serie en los procesos de membrana

∗= − =

C= CA + CB x= Fracción de mol de A en la molécula

=

= .

=

Flujo específico de difusión: ∗= −

−

=

= −

−

=

−

=

PV = ηRT =

= −

=

1

+

1

+

1

=

− −

∗=

=

=

( (

− −

) )

Difusión en sólidos, que afecta la estructura: − = − (

=

)=

−

(

−

)

−

)

Difusión de gases en sólidos porosos:

(

=

(

− −

) )

=

(

A través de una membrana para permeación de gases =

22.414

=

=

=

Perfiles de concentración para procesos de membrana: a) dos películas líquidas y un sólido, b) dos películas gaseosas y un sólido.

. 22.414

= −

TABLA. 13.3-1 FACTORES DE CONVERSIÓN PARA PERMEABILIDAD P´A Y PERMEANCIA P´A/ t PERMEABILIDAD P´A PERMEANCIA P´A/ t ( ) ( ). 1.00 . . . . . ( ) ( ). = 7.501 10 = . . . . .

=

−

=

−

= 1.0 barrer/cm

1.0 barrer=

−

=

=

(

+

+

−

)

( .

=

.

. =

.

( .

.

1.00 .

). (

.

).

1.00 .

). ). .

∗

=

Osmosis:

Presión osmótica: ′ ′

(

= =

?

)

.

)

.

(

( .

.

)

.

= 610.8

Permeación en una membrana de mezcla completa:

=

.

= 1.4659 10

.

( .

(

=10

.

( .

. .

Permeación en sistemas perfectos mezclados:

).

( ℎ

.

) .

=

=

=

. ∗

=1− = ∙ (1 −

Osmosis inversa:

.

(∆ − ∆ ) =

= ∗

)− 1+

+

∗

=

(∆ − ∆ )

∗

=

(

)=

−

Separación: = =1−

+ − −

∗

−

− +

− ∗

+

∗

+

+

∗

∗

= −

∗

+

∗

= − =

=

∗

− +√ −4 2

=

− 1−

=

= = ( ℎ [1 + (

−

∗

= = 1−

+ −

ℎ −

ℎ

− ±√ −4 2

ℎ +

ℎ

∗

− +

∗

=−

+ ∗

ℎ ∗ ℎ

(

=

∗

−

(∆ − ∆ ) =1− 1 + . (∆ − ∆ )

=

=

−

.

PERVAPORACIÓN

)]

En función de =

=

.

)

− 1) (1 − ∗ (1 − )+

=

.

−

(

−

(

−

)

1) =

)=

(

−

(

1)

−

∗

+

ℎ

∗ ℎ

+

Permeancia: ∗

=

°

[=]

∙

∙

)

TABLA 6.5-1 DIFUSIVIDADES Y PERMEABILIDADES EN SÓLIDOS Soluto (A)

Sólido (B)

T(K)

H2

Caucho vulcanizado

298

O2 N2 CO2 H2 H2 O2 N2 O2 N2 Aire

Neopreno vulcanizado Polietileno

Nailon

He

Cuero inglés Cera Celofán Vidrio Pyrex SiO2

H2 Al

Fe Cu

H2O H2O He

298 298 298 290 300 298 303 303 303 303 298 306 311 293 373 293 293 293

DAB coeficiente de difusión (m2/s) 0.85(10-9) 0.21(10-9) 0.15(10-9) 0.11(10-9) 0.103(10-9) 0.180(10-9)

Solubilidad S ( ) ó .

Permeabilidad PM ( ) . . /

Ref.

0.040

0.342(10-10)

(B5)

0.070 0.035 0.90 0.051 0.053

0.151(10-10) 0.054(10-10) 1.01(10-10)

(B5) (B5) (B5) (B5) (B5) (R3) (R3) (R3) (R3) (R3) (B5)

6.53(10-12) 4.17(10-12) 1.52(10-12) 0.029(10-12) 0.0152(10-12) 0.15-(0.68x10-4) 0.16(10-10) 0.91-1.82(10-10) 4.86(10-15) 20.1(10-15) 2.4 – 5.5 (10-14) 2.59(10-13) 1.3(10-34)

0.01

(B5) (B5) (B5) (B5) (B5) (B5) (B5)

TABLA 13.3-2 PERMEABILIDADES DE DIVESOS GASES EN MEMBRANAS SIMÉTRICAS DE BASE DENSA Material Caucho de silicón Caucho natural Policarbonato (Lexan ) Nailon 66 Poliéster (Permasep) Copolímero de silicón y policarbonato (57% de silicón) Teflón FEP Etil celulosa Poliestireno

Temperatura °C

Permeabilidad, P´A

( .

). .

X1010

25

He 300

H2 550

CH4 800

CO2 2700

O2 500

N2 250

Ref. (S2)

25

31

49

30

131

24

8.1

(S2)

25 -30

15

12

5.6,10

1.4

25 ---

1.0

0.17 0.31

0.034

0.008 0.01

(S2) (H1)

970

160

70

(W2)

11.2 7.47

2.5 3.29 2.55

(S1) (W3) (W3)

1.65

25

30 30 30

0.035

210

62 35.7 40.8

49.2 56.0

1.4 7.47 2.72

47.5 23.3

(S2)

TABLA 13.9-1 PRESIÓN OSMÓTICA PARA VARIAS SOLUCIONES ACUOSAS A 25°C Soluciones de cloruro de sodio Densidad Presión osmótica (atm) 0 997.0 0.01 997.4 0.10 1001.1 0.50 1017.2 1.00 1036.2 2.00 1072.3 *Valor de agua de mar estándar

0 0.47 4.56 22.55 45.80 96.2

Soluciones de sal de mar % en peso Presión de sales osmótica (atm) 0 1.00 3.45* 7.50 10.00

0 7.10 25.02 58.43 82.12

Soluciones de sacarosa Fracción Presión molar de osmótica soluto (atm) x10 0 0 1.798 2.48 5.375 7.48 10.69 15.31 17.70 26.33

Antoine Equation for Vapor Pressure In SI units, the equation is: = A−

(

+

in kPa, T in K )

where the Antoine constants A, B and C for some typical liquids are provided in the Table below:

[Data extracted from pp.649-652, "Introduction to Material and Energy Balances" by G.V. Reklaitis, John Wiley & Sons, 1983].

SEGUNDO DEPARTAMENTAL Adsorción

Intercambio iónico:

Isoterma de Langmuir (TIPO I):

Suavización de agua dura: capacidad de resina Agua suave = gramos DT galon 17.14 mg = 1

grano galon

1 ft3 de resina= 30 000 granos @ 15 lb de NaCl

Se alcanza el equilibrio descrito por la siguiente ecuación:

A(g) + M(surf) AM =

1 ft3 de resina= 25 000 granos @ 10 lb de NaCl 1 ft3 de resina= 20 000 granos @ 5 lb de NaCl

+

q .K ∗ P q= 1+K∗P P 1 1 = + q q K q

∓

K

()

+

,

=

↔

( )

= log

=

∓ ()

∓

=

Intercambio de un contraión por otro contraión igual:

+ +

+

∓

= Isoterma de Freundlich:

( )

1

,

=

(

)

(

)

=

=

√

log

=

La isoterma tipo BET (Brunauer, Emmett y Teller) se puede ajustar al TIPO II.

Intercambio de un contraión por otro contraión diferente:

=( )

,

(

)

(

)

Donde: C= concentración total de contraión en la solución, eq/L sol’n. Q= concentración total de contraión en la resina, eq/g resina pasarlo a eq/L resina son su densidad.

Selectividad: (

=

1

+

−1

K

,

=

− ) y = a + m x ,

Un ión monovalente meq = 1 mmol. eq = 1 mol.

,

Un ión divalente , 2meq = 1 mmol. 2 eq= 1 mol. Conversión de mg meq:

:

,

∙

:

=

Conversión de meq mg:

∙

=

Cantidad de resina, por ejemplo: . (

= =

.)

,

#

=

Cuando un puede ser reemplazada por un La capacidad de la resina, por ejemplo: =5

∗

1 1000 ∗

∗ 1 454

1 1

3 454 ∗ 1 = 0.005

3

Diseño de ciclones. Tabla 1. Intervalo de eficiencia de remoción para las diferentes familias de ciclones Eficiencia de remoción (%) Familia de ciclones PST

PM10

PM2.5

Convencionales

70 - 90

30 - 90

0 - 40

Alta eficiencia

80 - 99

60 - 95

20 - 70

Alta capacidad

80 - 99

10 - 40

0 - 10

Tabla 2. Parámetros de diseño para los ciclones de entrada tangencial Parámetro

Valor

Diámetro del ciclón (DC)

< 1.0 m

Caída de presión

< 2488.16 Pa

Relación de velocidades (Vi/VS)

< 1.35

Velocidad de entrada

15.2 - 27.4 m/s

Secuencia de cálculos: Área:

Volumen de ciclón: A=

A=axb

=

Velocidad equivalente:

W=

4

. (ℎ − ) +

. 1+

4 . g . μ . (ρ − ρ) 3. ρ

=

12

+

−(

( + − ℎ)

.

−

4 +

− )

−ℎ

Velocidad de saltación:

. .

Vs =

4.913 . W . kb

.

. Dc

.

. √vi

=

. .(

)

=1−

√1 − kb b kb = Dc

= 1 − (1 − 0.67 =

.

)

.

Relación de velocidades:

Número de cabezas de velocidad:

< 1.35, No hay suspensión de partículas Volumen de ciclón a la salida: Vsc =

=

.

,

= 16

Número de giros:

π a . S − (Dc − Ds ) 4 2

=

1

Longitud natural de ciclón:

. ℎ+

2

Caída de presión:

∆ =

L = 2.3 Ds

1 2

Condición L < − Tabla 5. Características de los ciclones de alta eficiencia Dimensión

Nomenclatura

Diámetro del ciclón Altura de entrada Ancho de entrada Altura de salida Diámetro de salida Altura parte cilíndrica Altura parte cónica Altura total del ciclón Diámetro salida partículas Factor de configuración Número cabezas de velocidad Número de vórtices

Dc/Dc a/Dc b/Dc S/Dc Ds/Dc h/Dc z/Dc H/Dc B/Dc G NH N

Stairmand 1.0 0.5 0.2 0.5 0.5 1.5 2.5 4.0 0.375 551.22 6.4 5.5

Tipo de ciclón Swift 1.0 0.44 0.21 0.5 0.4 1.4 2.5 3.9 0.4 698.65 9.24 6.0

Lapple 1.0 0.5 0.25 0.625 0.5 2.0 2.0 4.0 0.25 402.88 8.0 6.0

Tipo de ciclón Swift 1.0 0.5 0.25 0.6 0.5 1.75 2.0 3.75 0.4 381.79 8.0 5.5

Tabla 4. Características de los ciclones convencionales Dimensión

Nomenclatura

Diámetro del ciclón Altura de entrada Ancho de entrada Altura de salida Diámetro de salida Altura parte cilíndrica Altura parte cónica Altura total del ciclón Diámetro salida partículas Factor de configuración Número cabezas de velocidad Número de vórtices

Dc/Dc a/Dc b/Dc S/Dc Ds/Dc h/Dc z/Dc H/Dc B/Dc G NH N

Echeverri 1.0 0.5 0.2 0.625 0.5 1.5 2.5 4.0 0.375 585.71 6.4 5.5

Tabla 5. Características de los ciclones de alta capacidad. Dimensión

Nomenclatura

Diámetro del ciclón Altura de entrada Ancho de entrada Altura de salida Diámetro de salida Altura parte cilíndrica Altura parte cónica Altura total del ciclón Diámetro salida partículas Factor de configuración Número cabezas de velocidad Número de vórtices

Dc/Dc a/Dc b/Dc S/Dc Ds/Dc h/Dc z/Dc H/Dc B/Dc G NH N

Tipo de ciclón Stairmand Swift 1.0 1.0 0.75 0.8 0.375 0.35 0.875 0.85 0.75 0.75 1.5 1.7 2.5 2.0 4.0 3.7 0.375 0.4 29.79 30.48 8.0 7.96 3.7 3.4

TERCER DEPARTAMENTAL Secador rotatorio en contracorriente: Si:

=

(

=

−

)

=

= − −

=

=

Gas (Y − Y ) = Ws(X − X ) = Wh(1 − x )(X − X ) 1 , + 28.82 18.015

= ,

= = =

,

.

( (

+

=

−

.

) −( − ( − ) ( − ) . ′

ℎ(1 −

+

Valores dentro del intervalo:

=

,

)

′

θD 0.05 – 0.15

0.6085

)

− −

(

=

Balance:

,

(

=

− −

− − )

)

=

0.3344 . .

′ .

.

)

=

= =

=

=

Calor en el calentador: 4 .

= Gas

(

=

+

.

=

.

−

. %

(100)

=

= Secador adiabático Qp=0 ′

= .

=

)

237(

(1 +

) )

(

−

)=

(

−

)

−

)+

Secador no adiabático: (

−

)=

(