Tiểu luận môn Giới thiệu công nghệ hoá học Đại học Nông Lâm TPHCM, chuyên đề lọc. Ngoài ra bạn có thể liên hệ để sở hữu nhiều tài liệu khác của bộ môn Công nghệ hoá học; email liên hệ: nguyenhoangty19822gmail.com hoặc nhắn tin trực tiếp. Cám ơn bạn đã đọc
LỌC (LEACHING SOLID – LIQUID) Mục lục Giới thiệu: 1.1 Định nghĩa: 1.2 Ứng dụng: Nguyên tắc lọc: 2.1 Định nghĩa thuật ngữ: 2.2 Quan hệ cân lọc: 2.3 Cân vật liệu lọc: 2.4 Lọc giai đoạn: A Cân khối lượng trình lọc giai đoạn: B Ví dụ: Lọc giai đoạn: Các yếu tố ảnh hưởng tới trình: .7 A Kích thước: B Độ xốp: .8 C Nhiệt độ: D Dung môi: E Sự khuấy động: Ảnh hưởng q trình tới mơi trường: Tham khảo: | P đến g GIỚI THIỆU VỀ LỌC Giới thiệu: Định nghĩa: • Lọc (chiết) q trình mà (các) chất tan từ hỗn hợp chất rắn cách tiếp xúc với với dung mơi lỏng Hai pha tiếp xúc thân mật, (các) chất tan khuếch tán từ chất rắn vào pha lỏng, khiến thành phần ban đầu chất rắn chiết xuất vào chất lỏng dung mơi .2 Ứng dụng: • Lọc sử dụng để tách thành phần hòa tan mong muốn loại bỏ thành phần hịa tan khơng mong muốn khỏi pha rắn • Lọc sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp chế biến sinh học thực phẩm, chẳng hạn tách đường từ củ cải đường nước nóng, chiết xuất dầu từ đậu phộng, đậu nành, hạt hướng dương, hạt bông, hạt lanh, đậu castor… • Trong ngành dược phẩm, nhiều sản phẩm thu cách lọc rễ cây, thân • Q trình rửa trơi phổ biến ngành công nghiệp luyện kim, sử dụng để loại bỏ kim loại khỏi hợp chất chúng chứa nhiều thành phần không mong muốn; ví dụ như: Muối đồng lọc cách hịa tan quặng đồng thơ cách sử dụng axit sulfuric amoniac Muối niken lọc axit sulfuric – amoniac – hỗn hợp oxy Vàng lọc dung dịch natri xyanua • Trong quặng kim loại, có nhiều thành phần khơng mong muốn diện với kim loại hữu ích Do đó, q trình rửa trơi, kim loại chiết xuất dạng muối kim loại cách sử dụng axit Tuy nhiên, q trình có hại cho mơi trường tạo sản phẩm phụ có hại (tro bay, xỉ…) Nguyên tắc lọc: Định nghĩa thuật ngữ: • Giai đoạn đơi gọi tràn chiết xuất Pha rắn cộng với dung dịch bị bao bọc tắc nghẽn gọi sản phảm tinh lọc Xem xét hệ thống với chất tan A chất rắn B chiết xuất dung môi C Trong hầu hết trường hợp ứng dụng, nồng độ chất tan dịng dung mơi tràn/chiết xuất biểu thị x, chất tan dung dịch dòng rắn/bùn dòng chảy biểu thị y 1| GIỚI THIỆU VỀ LỌC Hình 1: Sơ đồ dòng chảy khối lọc V: Khối lượng dung dịch tràn L: Khối lượng chất lỏng dung dịch bùn B: Khối lượng khơ, hịa tan - chất rắn tự N: Khối lượng chất rắn khơ, khơng hịa tan (B)/Khối lượng dung dịch giữ lại (L) xA: Thành phần A dung dịch tràn (overflow) yA: Thành phần A dung dịch bùn (underflow) .2 Quan hệ cân lọc: • Trong q trình rửa trơi, chất rắn có chứa chất tan tiếp xúc với dung môi để tách chất tan khỏi chất rắn Khi tách hai pha, pha dung dịch thường không chứa chất rắn bị theo Trong số trường hợp đặc biệt ứng dụng rửa trơi, để thực phép tính cân bằng, người ta thường giả định rằng: Có đủ dung môi để tất chất tan chất rắn hịa tan vào dung dịch Đạt trạng thái cân tất hòa tan hết chất tan Tất chất tan hịa tan hồn tồn giai đoạn đầu Chất rắn khơng hịa tan khơng xảy tượng chất rắn hấp thụ ngược lại chất tan Chất rắn lắng lại ln chứa chất lỏng thoát khỏi giai đoạn Đối với trường hợp đặc biệt, nồng độ chất tan dòng chảy tràn (overflow) nồng độ dung dịch lỏng kèm với bùn dòng chảy (underflow) Do đó, đồ thị x-y, đường cân nằm đường 45 ° Cần lưu ý giả định dành cho trường hợp đặc biệt cần cẩn thận trước áp dụng điều để đảm bảo chúng áp dụng cho trường hợp định 2| GIỚI THIỆU VỀ LỌC (a) (b) Hình 3: Sơ đồ cân điển hình cho liệu lọc trường hợp đặc biệt y = x (a) Hình 4: Sơ đồ cân điển hình cho liệu lọc y ≠ x Cân vật liệu lọc: 3| GIỚI THIỆU VỀ LỌC Dữ liệu cân cho q trình rửa trơi thường trình bày dạng liệu cho pha tinh chế đo giống dung dịch giữ chất rắn: = Mức thường cho dạng hàm nồng độ chất tan dung dịch bị theo: = Lọc giai đoạn: A Cân khối lượng q trình lọc giai đoạn: • Xem xét q trình lọc giai đoạn V tính kg/giờ, dung dịch tràn với thành phần x bùn với dung dịch lỏng L với thành phần y tốc độ dịng chảy B tính kg/giờ M Dung dịch cân (A + C): Lượng vào = Lượng Dung dịch rắn (vào) + Dung mơi = Dung dịch (dịng bùn) + Dung dịch (dòng tràn) o + = + =M Cân chất tan (A): Lượng vào = Lượng Chất tan chất rắn (vào) + Chất tan dung mơi = Chất tan (dịng bùn) + Chất tan (dòng tràn) o + = + = M Cân chất rắn (B): Lượng vào = Lượng Chất rắn (vào) + Chất rắn dung mơi = Chất rắn (dịng bùn) + Chất rắn (dịng tràn) o B = + = + = M Cân vật chất cho hệ dựa vào: + = + =M + = + = M B = + = + = M 4| GIỚI THIỆU VỀ LỌC • B Ví dụ: Lọc giai đoạn: Trong lần lọc dầu đậu nành giai đoạn từ đậu nành bong với hexane, 100 kg đậu nành chứa 20 wt% dầu lọc 100 kg dung môi hexane tươi Giá trị N dịng bùn khơng đổi mức 1,5 kg chất tan/kg dung dịch Tính tốn số lượng thành phần dịng tràn V1 dịng bùn L1 khỏi giai đoạn Giả sử trạng thái cân cho hệ thống y = x Các thông tin cho hiểu sau: • Rắn vào = 100 kg 20 wt% dầu (dầu chất tan A) • Dung mơi, V2 = 100 kg (C) • N1 = 1,5 kg chất tan/kg dung dịch {(kg B/kg (A+C)} Khối lượng thành phần chất dòng vào rắn/bùn: Khối lượng Solute (A) = 0,20 x 100 Khối lượng chất rắn (B) = 0,80 x 100 A = 20 kg W = 80 kg Khối lượng dung môi (C) = kg C = kg 5| GIỚI THIỆU VỀ LỌC Khối lượng dung dịch (A + C) = 20 kg Thành phần chất tan chất rắn: = = = = 1.0 (A + C) = 20 kg Lượng chất rắn dung dịch giữ lại dòng rắn cung cấp: = = = = 4.0 Nếu biểu diễn điểm, () = (1.0; 4.0) Tiếp theo ta cần tính khối lượng thành phần chế phẩm cho dòng dung môi vào Khối lượng chất tan (A) = A = kg Khối lượng chất rắn (B) = W = kg Khối lượng dung môi (C) = 100 kg C = kg Khối lượng dung dịch (A + C) = 20 kg (A + C) = 100 Thành phần chất tan, A dịng v dung mơi: = = = = 0.0 kg Lượng chất rắn dung dịch giữ lại dòng chất tan cung cấp: = = = = 0.0 Nếu biểu diễn điểm, () = (0.0; 0.0) Cân tổng: + = + =M 20 + 100 = M => M = 120 KG Cân hệ A: + = + = M 20 * 1.0 + 100 * = 120 * = = 0.167 Cân dòng rắn B: B = + = + = M = M * 20 = * 120 = M 1.5 * = 0.667 * 120 Để vẽ điểm M đồ thị, ta có điểm nối: () = (0.167; 0.667) Biểu đồ hoàn chỉnh giải pháp đưa Hình 6: 6| GIỚI THIỆU VỀ LỌC Hình 6: Biểu đồ giải pháp ví dụ Sự cân khối lượng giải cách sử dụng Quy tắc cánh tay đòn bẩy nghịch đảo (Lever Arm Rule) Hãy nhớ rằng: Sau đó, thước sử dụng để đo phân đoạn đồ thị tính tốn số lượng Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình: A Kích thước: • Nếu chất rắn trơ nghiền mịn sử dụng trình dạng mảnh chất tan khơng gặp nhiều khó khăn việc khuếch tán qua chất rắn để hịa tan • chất lỏng ngược lại B Độ xốp: Chất rắn trơ có chất xốp nên cản trở chất tan có chất rắn vận chuyển hịa tan chất lỏng so với chất rắn có độ xốp khơng xốp Trong chất rắn khơng xốp, chất tan có bề mặt chất rắn bị hịa tan sau chất tan bên chất rắn phải khuếch tán qua lớp điện trở chất rắn tạo để đến • chất lỏng Nó làm cho q trình chậm C Nhiệt độ: Độ tan chất tan dung môi tăng nhiệt độ tăng Độ linh động độ khuếch tán chất tan dung môi tăng nhiệt độ tăng Độ nhớt chất lỏng 7| GIỚI THIỆU VỀ LỌC giảm nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm giúp tăng độ linh động chất tan chất • lỏng dung mơi D Dung mơi: Dung mơi sử dụng nên có tính chọn lọc cao chất tan nói đến q trình hịa tan Bản chất dung mơi phải cho khơng phản ứng hịa tan chất rắn mang Nó phải có độ nhớt thấp để chất tan khuếch tán tương đối dễ dàng Bản chất phải dễ bay việc tách chất rắn trơ khỏi chất lỏng dễ dàng • cách sử dụng q trình hóa nhanh E Sự khuấy động: Tác dụng chung việc khuấy trộn dung dịch rắn-lỏng làm hệ số chuyển khối chất rắn-lỏng tăng cần ý để chất rắn trơ không bị phân huỷ Nếu phần lớn lực cản chuyển khối nằm bên chất rắn khuấy động khơng ảnh hưởng nhiều đến q trình rửa trơi Ảnh hưởng q trình tới mơi trường: • Tro bay, xỉ than tác nhân gây nhiễm, sinh từ trình chiết rắn-lỏng Mặc dù việc tái sử dụng tro bay vật liệu khác bê tông gạch khuyến khích, phần lớn tro Hoa Kỳ xử lý ao, đầm, bãi chôn lấp đống xỉ Tất bãi thải chứa nước, dễ gây ô nhiễm khu vực quanh Vào năm 2008, Thảm họa vỡ đập chứa nhà máy nhà máy Kingston Fossil Plant gây ô nhiễm tro bay trầm trọng khu vực sông Emory Clinch, Hoa Kỳ • Sự rửa trơi đất giúp chất độc tố ngấm vào nước gây nhiễm Giải pháp: • Một số nghiên cứu gần thực để xem liệu axit hữu sử dụng để tách lithium coban khỏi pin qua sử dụng hay khơng với số thành cơng Các thí nghiệm thực với nhiệt độ nồng độ khác axit malic cho thấy điều kiện tối ưu 2,0 m/L axit hữu nhiệt độ 90°C.[1] Phản ứng có hiệu suất tổng thể vượt 90% mà khơng có sản phẩm phụ có hại LiCoO2(r) + 12 C4H6O5(dd) → LiC4H5O5(dd) + Co(C4H6O5)2(dd) + • H2O(dd) + O2(k) Phân tích tương tự với axit xitric cho kết tương tự với nhiệt độ nồng độ tối ưu 90°C 1,5 mol dung dịch axit xitric Tham khảo: • Tài liệu Introduction to leaching (Tumi Seodigeng) • Tài liệu Leaching process (Chemical Engineering World): • https://chemicalengineeringworld.com/leaching-process/ Li, Li; Jing Ge; Renjie Chen; Feng Wu; Shi Chen; Xiaoxiao Zhang (2010) "Environmental friendly leaching reagent for cobalt and lithium 8| GIỚI THIỆU VỀ LỌC recovery" International Journal of Integrated Waste Management, Science and Technology Waste Management 30(12): 2615–2621 Retrieved December 22, 2011 9| ... GIỚI THIỆU VỀ LỌC (a) (b) Hình 3: Sơ đồ cân điển hình cho liệu lọc trường hợp đặc biệt y = x (a) Hình 4: Sơ đồ cân điển hình cho liệu lọc y ≠ x Cân vật liệu lọc: 3| GIỚI THIỆU VỀ LỌC Dữ liệu... B = + = + = M 4| GIỚI THIỆU VỀ LỌC • B Ví dụ: Lọc giai đoạn: Trong lần lọc dầu đậu nành giai đoạn từ đậu nành bong với hexane, 100 kg đậu nành chứa 20 wt% dầu lọc 100 kg dung môi hexane tươi... thường cho dạng hàm nồng độ chất tan dung dịch bị theo: = Lọc giai đoạn: A Cân khối lượng q trình lọc giai đoạn: • Xem xét trình lọc giai đoạn V tính kg/giờ, dung dịch tràn với thành phần x