ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«МАТИ» - Российский государственный технологический университет имЕНИ К. Э. Циолковского
Кафедра «Промышленная экология и безопасность производства»
Курсовая работа
по дисциплине «
Процессы и аппараты»
на тему: «Фильтрование. Ионный обмен. Экстракция. Сорбция.»
Студент (И.В. Приставко)
Группа (6ИЗО-4ДС-042у)
Руководитель
Москва 2009 г.
Содержание
1.
Фильтрование
.
3
2.
Ионный обмен
.
6
3.
Экстракция
.
7
4.
Сорбция
.
12
1. Фильтрование
1)
Найти общее количество фильтрата полученного в конце фильтрования суспензии при постоянной разности давлений на рамном фильтр-прессе который состоит из
n
рам размером 800х800 мм.
Скорость промывки в
Z
раз меньше скорости фильтрования.
Время промывки осадка τ ч.
Количество промывной жидкости
V
пр
л.
Дано:
|
0,0000245475
м3
/ч
15,36
м2
Продифференцируем уравнение:
0,5476915164477
м
3
/
м
2
m(S, n, V, C, K,
) =
8412,5416926367
кг
/
м
2
2)
На барабанный вакуум-фильтр непрерывного действия подаётся 8,6 м3
/ч суспензии содержащей 17,6 % твёрдой фазы.
Необходимая влажность осадка составляет 34 %
Давление в вакуумной сети предприятия составляет 510 мм. рт. ст.
При эксперименте давление составляло 610 мм. рт. ст.
В эксперименте было установлено, что заданная влажность осадка получается за 32 с. работы фильтра (зоны фильтрования).
Полученные значения коэффициентов составляют:
К = 11,2 л6
/м4
с
С = 6 л3
/м2
ρ = 1120 кг/м3
Выбрать фильтр марки БОУ
|
Дано:
V
с
= 8,6
м3
/ч
w
= 17,6 %
φ
= 34
%
p
п
= 510
мм. рт. ст.
p
э
= 610
мм. рт. ст.
τ = 32
с.
Кэ
= 11,2
л6
/м4
с
Сэ
= 6
л3
/м2
ρс
= 1120
кг/м3
ρэ
= 1000 кг/м3
|
Решение:
=
1,2
Кп
=
13,4
Сп
=
7,2
V
2
+
14,4
V
-
428,8
= 0
D
=
1922,6
V
1
=
14,72
л/м2
32с
V
2
=
-29,12
Производительность по фильтрату:
V
1
=
0,46
л/м2
с
|
БОУ — ?
|
Массовое соотношение влажного и сухого осадка:
W
О
=
0,7
л/м2
с =
2,52
кг/м2
ч
расход суспензии
V
св
=
9632
кг/ч
Расход осадка
Vc
м
=
V
св
∙
w
∙
m
=
2576,753
кг/ч
Количество фильтрата
V
св
-
Vc
м
=
7055,247
кг/ч =
1,96
л/с воды фильтр должен давать
S
п
=
2,8
м2
Определим поверхность фильтра:
У фильтров типа БОУ поверхность фильтрования составляет примерно 35% общей поверхности.
S
ф
=
8
м2
Исходя из поверхности фильтрования, выбираем фильтр БОУ-10
-2,6
Для определения частоты вращения, необходимо определить длину поверхности фильтра и длину зоны фильтрования:
l
ф
=
3,85
м
l
зф
=
1,08
м
Определяем частоту вращения барабана:
ν =
1,284
мин-1
3)
Определение констант фильтрования лабораторным методом.
Уравнение выражающее прямолинейную зависимость между величинами dV
/
dτ
и V
применяется для определения С
и К
по экспериментальным данным:
V
— объем фильтрата, м3
;
τ
— продолжительность фильтрования, с
;
Для этой цели откладываются по оси абсцисс измеренные значения V1
, V2
,..., Vn
,
а по оси ординат — соответствующие измеренные значения τ1
/V1
, τ2
/V2
,...., τn
/Vn
.
Проведя по экспериментальным точкам прямую, находят затем К
и С
из уравнений:
τgβ = 2/К m = 2С/К.
2. Ионный обмен
4)
Необходимо получить умягчённую воду с общим солесодержанием 15 мгэкв/л. Заданная величина проскока составляет 0,02 мгэкв/л.
Рассчитать расход реагента
NaCl
на регенерацию катионита КУ-2-8, обеспечивающего проведение процесса в заданном режиме.
|
Дано:
С = 15
мгэкв/л
φ
= 0,00125
Ж = 0,02
мгэкв/л
α0
= 0,6
MNa
= 23 г/моль
MCl
= 35,5 г/моль
MNaCl
= 58,5
г/моль
|
α =
0,9375
|
m
— ?
|
μ’ =
3,178667
экв/экв вост. ё
m =
MNaCl
∙ μ’ =
185,95202
кг/кг вост ё
3. Экстракция
5)
Коэффициент распределения равен 0,0017
a.
Определить концентрацию металла, если на его экстракцию поступает 1 л раствора и 0,05 л экстрагента. Начальная концентрация металла 0,3 г/л.
b.
Определить число ступеней экстракции до достижения экстракции металла до 10-6
г/л, если экстрагент подаётся порциями по 0,15 л.
|
Дано:
Kp
= 0,0017
V
орг
= 0,05
л
V
в
= 1
л
Св
нач
= 0,3
г/л
Сдост
= 0,000001
г/л
V
орг
пор
= 0,15
л
|
а.
V
в
(Св
нач
– Св
кон
) =
V
орг
Сорг
нас
0,3
–
=
0,05Сорг
нас
Сорг
нас
=
5,80271
г/л
Св
кон
=
0,00986
г/л
|
а) Св
кон
— ?
б)Колчество ступеней - ?
|
b
. 1-ступень:
0,3
–
=
0,15
Сорг
нас
Сорг
нас
=
1,97759
г/л
Св
кон
=
0,00336
г/л
2-ступень
0,00336
–
=
0,15
Сорг
нас
Сорг
нас
=
0,022148978
г/л
Св
кон
=
0,000037653
г/л
3-ступень
0,000037653
–
=
0,15
Сорг
нас
Сорг
нас
=
0,0002482069875
г/л
Св
кон
=
0,0000004219519
г/л
|
6)
Потоки водной и органической фаз равны. После экстракции раствора, который содержал 0,5 г/л
Ni
и 1,5 г/л
Fe
, осталось 0,1 г/л
Ni
и 1,45 г/л
Fe
.
Определить
Kp, β, E.
|
Дано:
V
орг
=
V
в
Св
Ni
нач
= 0,5
г/л
Св
Ni
кон
= 0,1
г/л
Св
Fe
нач
= 1,5
г/л
Св
Fe
кон
= 1,45
г/л
|
V
в
(Св
нач
– Св
кон
) =
V
орг
Сорг
нас
Так как
V
орг
=
V
в
Сорг
нас
= Св
нач
- Св
кон
Сорг
Ni
нас
=
0,4
г/л
Сорг
Fe
нас
=
0,05
г/л
|
Kp
— ?
β — ?
Е — ?
|
|
7)
Экстракция
Te
осуществляемая 80% раствором ТБФ в керосине. Ёмкость экстрагента 55 мг/л. Поток экстрагента 100 л/ч. В исходном водном растворе содержится 60 г/л Те. Экстрактор работает 20 ч/сут. Извлечение Те ― 96%. Плотность керосина и ТБФ 0,8 и 0,995 кг/л соответственно. Определить:
a.
Суточный расход составляющих экстракта по керосину и ТБФ.
b.
Массу извлекаемого Те в сутки.
|
Дано:
Ё = 55
мг/л
V
орг
= 100
л/ч
Св
нач
= 60
г/л
T
= 20
ч/сут.
E
= 96
%
ρ
к
= 0,8
г/л
ρ
ТБФ
= 0,995
г/л
|
V
в
(Св
нач
– Св
кон
) =
V
орг
Сорг
нас
а.
V
орг
сут
= 100 ∙ 20 = 2000 л/ч
V
к
сут
=
V
ТБФ
сут
=
M
ТБФ
сут
=
ρр-ра
= 0,8/0,8 + 0,2/0,995 = 1,201 л/кг
m
р-ра
сут
=
2000/1,2 = 1665,272 кг
V
ТБФ
сут
=
= 1665,272 л
V
к
сут
=
=334,728 л
б.
m
Те
сут
=
V
орг
сут
∙ Ё ∙ Е
m
Те
сут
= 2000 ∙ 55 ∙ 0,96 = 105600 мг/сут
|
V
ТБФ
сут
— ?
V
к
сут
— ?
m
Те
сут
— ?
|
|
8)
На экстракцию поступает 0,3 л водного раствора содержащего 0,2 моль соли и 0,2 л экстрагента.
Коэффициент распределения соли равен 0,075
Определить концентрацию соли в водной и органической фазе.
|
Дано:
Kp
= 0,075
V
орг
= 0,2
л
V
в
= 0,3
л
n = 2
моль
|
V
в
(Св
нач
– Св
кон
) =
V
орг
Сорг
нас
|
Св
кон
— ?
Сорг
кон
— ?
|
0,3
(
6,67
–
) =
0,2
Сорг
нас
Сорг
нас
=
8,99326
г/л
Св
кон
=
0,67449
г/л
|
9)
Графически и аналитически определить число ступеней экстракции нафтеновой кислотой из водного раствора
Zn
с концентрацией с 8 до 0,02
г/л, если поток водной фазы 1000 м3
/сут, органической фазы 400 м3
/сут.
Данные по концентрации
Zn
|
В органической фазе
|
23,3
|
13,6
|
7,5
|
3,9
|
г/л
|
В рафинаде
|
3,0
|
1,5
|
0,5
|
0,17
|
г/л
|
Аналитический метод
Строим прямую Кр.
Отложив отрезок на прямой Кр и снеся перпендикуляры из его крайних точек на оси, получим два отрезка, отношение которых и дадут
tgKp
.
Находим Кр:
tgKp
1
= 6,47
K
р1
= 1,41
tgKp
2
= 17,4
K
р2
= 1,51
tgKp
3
= 229,41
K
р3
= 1,57
С1орг
нас
=
1,41
∙ 8 =
11,28
г/л
Учитывая неравенство потоков фаз находим концентрацию
Zn
в воде после экстракции:
С1в
кон
=
3,488
г/л
С2орг
нас
=
1,41
∙
3,488
=
4,918
г/л
С2в
кон
=
1,5208
г/л
С3орг
нас
=
1,41
∙
1,5208
=
2,1443
г/л
С3в
кон
=
0,66308
г/л
С4орг
нас
=
1,41
∙
0,66308
=
0,93494
г/л
С4в
кон
=
0,289104
г/л
С5орг
нас
=
1,51
∙
0,289104
=
0,436547
г/л
С5в
кон
=
0,1144852
г/л
С6орг
нас
=
1,57
∙
0,1144852
=
0,1797418
г/л
С6в
кон
=
0,04258848
г/л
С7орг
нас
=
1,57
∙
0,04258848
=
0,06686391
г/л
С7в
кон
=
0,015842916
г/л
Графический метод
V
в
(Св
нач
– Св
кон
) =
V
орг
Сорг
нас
Из графика видно: что 3 ступеней достаточно что бы экстрагировать нафтеновой кислотой
Zn
из водного раствора до концентрации 0,01
I
ступень с 8 до 2,5
II
ступень 2,5 до 0,2
III
ступень
0
,
2
до 0,01
|