Evaporazione ed evaporatori
I principi Vaporizzazione
La vaporizzazione è il cambiamento di una sostanza liquida in un gas o in un vapore. Fondamentalmente non c'è differenza tra i termini gas e vapore, ma il gas è comunemente usato per descrivere una sostanza che appare allo stato gassoso in condizioni standard di pressione e temperatura, e vapore per descrivere lo stato gassoso di una sostanza che appare ordinariamente come un liquido o solido.Quando si aggiunge calore a un liquido al suo punto di ebollizione, con la pressione mantenuta costante, le molecole del liquido acquisiscono energia sufficiente per vincere le forze intermolecolari che le legano insieme allo stato liquido, e fuoriescono come singole molecole di vapore fino al la vaporizzazione è completa. La temperatura di un liquido bollente rimane costante fino a quando tutto il liquido è stato convertito in un gas.
Per ogni sostanza deve essere fornita una certa quantità specifica di calore per vaporizzare una data quantità della sostanza. Questa quantità di calore è nota come calore latente di vaporizzazione della sostanza. La quantità di calore applicata per ogni grammo (o ogni molecola) che subisce il cambiamento di stato dipende dalla sostanza stessa. Ad esempio, la quantità di calore necessaria per trasformare un grammo di acqua in vapore al suo punto di ebollizione a un'atmosfera di pressione, cioè il calore di vaporizzazione dell'acqua, è di circa 540 calorie.
Evaporation
I liquidi possono anche trasformarsi in gas a temperature inferiori al loro punto di ebollizione. La vaporizzazione di un liquido al di sotto del suo punto di ebollizione è chiamata evaporazione, che si verifica a qualsiasi temperatura quando la superficie di un liquido è esposta in uno spazio non confinato. Quando, invece, la superficie è esposta in uno spazio ristretto e il liquido supera quello necessario per saturare lo spazio con il vapore, si raggiunge rapidamente un equilibrio tra il numero di molecole della sostanza che fuoriescono dalla superficie e quelle che ritornano a esso. Un cambiamento di temperatura sconvolge questo equilibrio; un aumento della temperatura, ad esempio, aumenta l'attività delle molecole in superficie e di conseguenza aumenta la velocità con cui volano via.
Il moto termico di una molecola supera la tensione superficiale del liquido ed evapora, cioè la sua energia cinetica supera la funzione di lavoro di coesione alla superficie.
Quando la temperatura viene mantenuta al nuovo punto per un breve periodo, viene presto stabilito un nuovo equilibrio.
La pressione esercitata dal vapore di un liquido in uno spazio ristretto è chiamata la sua pressione di vapore. È diverso per sostanze diverse a una data temperatura, ma ogni sostanza ha una pressione di vapore specifica per ogni data temperatura. Al suo punto di ebollizione la tensione di vapore di un liquido è uguale alla pressione atmosferica. Ad esempio, la tensione di vapore dell'acqua, misurata in termini di altezza del mercurio in un barometro, è di 4,58 mm a 0 ° C e di 760 mm a 100 ° C (il suo punto di ebollizione).
Il moto termico di una molecola supera la tensione superficiale del liquido ed evapora, cioè la sua energia cinetica supera la funzione di lavoro di coesione alla superficie.
Quando la temperatura viene mantenuta al nuovo punto per un breve periodo, viene presto stabilito un nuovo equilibrio.
La pressione esercitata dal vapore di un liquido in uno spazio ristretto è chiamata la sua pressione di vapore. È diverso per sostanze diverse a una data temperatura, ma ogni sostanza ha una pressione di vapore specifica per ogni data temperatura. Al suo punto di ebollizione la tensione di vapore di un liquido è uguale alla pressione atmosferica. Ad esempio, la tensione di vapore dell'acqua, misurata in termini di altezza del mercurio in un barometro, è di 4,58 mm a 0 ° C e di 760 mm a 100 ° C (il suo punto di ebollizione).
I fattori che influenzano l'evaporazione sono:
- Concentrazione della sostanza che evapora nell'aria. Se l'aria ha già un'alta concentrazione della sostanza che evapora, la sostanza data evaporerà più lentamente.
- Concentrazione di altre sostanze nell'aria. Se l'aria è già satura di altre sostanze, può avere una minore capacità di evaporazione della sostanza.
- Temperatura della sostanza. Se la sostanza è più calda, l'evaporazione sarà più veloce.
- Portata d'aria. Ciò è in parte correlato ai punti di concentrazione di cui sopra. Se l'aria fresca si muove continuamente sulla sostanza, è meno probabile che la concentrazione della sostanza nell'aria aumenti nel tempo, favorendo così un'evaporazione più rapida. Inoltre, le molecole in movimento hanno più energia di quelle a riposo, quindi più forte è il flusso d'aria, maggiore è il potere evaporante delle molecole d'aria.
- Forze intermolecolari. Più forti sono le forze che tengono insieme le molecole nel liquido allo stato solido, maggiore è l'energia che deve essere immessa per farle evaporare.
Evaporatori
Le unità di evaporazione (o evaporatori) utilizzano il principio di evaporazione per il trattamento delle acque di processo, delle acque reflue e dei rifiuti a base acquosa. Il tipico liquido trattato è un rifiuto acquoso con inquinanti organici ed inorganici aventi una concentrazione non superiore a 100 g / L.Diversi tipi di evaporatori possono affrontare diversi problemi di trattamento dell'acqua con prestazioni diverse.
La capacità produttiva varia da 0,15 a 60 tonnellate / giorno e tutti i modelli possono concentrare le acque reflue come fluido pompabile, raggiungendo facilmente un concentrato con il 30% di TDS, con bassi consumi.
Gli evaporatori possono anche trattare liquidi preconcentrati o incrostanti, oppure acidi concentrati e liquidi estremamente corrosivi. Utilizzano pompa di calore, acqua calda o vapore, oppure Ricompressione Meccanica del Vapore (MVR), a circolazione naturale o forzata.
Alcuni esempi di applicazioni dell'evaporatore riguardano la separazione dell'acqua da:
- bagni galvanici diluiti per il recupero di sostanze e principi attivi
- emulsioni di olio per recuperare l'olio
- bagni sgrassanti ricchi di sapone e detergenti
- bagni acidi concentrati o soluzioni altamente corrosive
- bagni di sviluppo fotografico
- soluzioni saline concentrate
- percolato di discarica e gocciolamento dallo stoccaggio e dallo smaltimento dei rifiuti
- acque di sentina
- acque di risciacquo contenenti inchiostri esausti
- intermedi di sintesi e acque reflue dell'industria chimica, cosmetica e farmaceutica
Esempi di applicazione
Zero scarico nella produzione di policloruro di alluminio
Motivata dalle autorità ambientali e dai maggiori costi di smaltimento, un'azienda spagnola, situata in una zona industriale non lontana da Barcellona, ha sviluppato nel 2001 un impianto (vedi Fig.1) progettato per trattare gli eluati acidi delle resine utilizzate per il trattamento delle acque reflue di la loro linea di produzione.Lo scopo dell'impianto era quello di recuperare l'alluminio disciolto nelle acque reflue provenienti da lastre offset lastre da stampa.
L'evaporatore fornito era un evaporatore sottovuoto a pompa di calore con fluido intermedio: il materiale a contatto con i rifiuti concentrati e la condensa è acciaio rivestito in PTFE e lo scambio termico è realizzato in due scambiatori PVDF e carburo di silicio.
Un anno dopo l'avvio, i risultati analitici hanno confermato le aspettative iniziali del prodotto finale, una soluzione a densità costante richiesta dal mercato dei prodotti chimici per il trattamento delle acque. Il riciclo del distillato per la produzione dei bagni di rigenerazione ha permesso di avere l'autorizzazione locale per l'ampliamento della produzione poiché si è ottenuto uno scarico zero.
In passato l'azienda smaltiva rifiuti costituiti da una soluzione di HCl e AlCl3 con un elevato costo annuo e notevoli problemi di stoccaggio.
Attualmente questa voce di costo è stata eliminata e, unitamente ai limitati costi di gestione dell'impianto, è in grado di vendere il prodotto concentrato in maniera stabile, garantendo una rendita annuale.
Trattamento mediante evaporazione sottovuoto delle acque reflue derivanti dal processo di incisione
Nel processo di rotocalco, gli elementi di stampa sono incisi a forma di scanalatura su un cilindro. Quindi, il cilindro viene immerso nell'inchiostro, che riempie il disegno inciso, per trasferire successivamente il disegno direttamente sulla carta.Il cilindro ha solitamente un'anima in ferro e, prima dell'incisione, è nichelato, elettroliticamente ramato e rettificato. Successivamente il cilindro viene sottoposto all'incisione e alla cromatura prima di essere posizionato sulla pressa rotativa. L'incisione avviene esponendo la superficie del cilindro, su cui è stata spalmata una gelatina fotosensibile, ad un raggio laser. Il laser brucia la gelatina e crea un solco, che sarà poi sottoposto all'azione corrosiva di una soluzione di percloruro ferrico.
È la fase più importante del processo. Appena finito, il cilindro viene lavato, per eliminare le tracce di percloruro ferrico e della gelatina in eccesso, essiccato e cromato.
Le acque reflue prodotte durante questo processo vengono suddivise in quattro flussi: acque di risciacquo dalla nichelatura, dalla ramatura, dall'incisione e dalla cromatura. Tutte queste acque reflue sono soluzioni acquose con un pH acido, un COD superiore a 8000 ppm e un alto contenuto di metalli pesanti (nichel, cromo, rame e di altre specie chimiche come cloruri e solfati).
In particolare le acque di incisione hanno un COD superiore a 1500 ppm, un pH acido inferiore a 1,5, un elevato contenuto di ferro e cloruri e una conducibilità superiore a 80000 µS / cm, indice di elevata salinità. La concentrazione di ferro e cloruri, provenienti dal percloruro ferrico, utilizzato nell'incisione è fondamentale per questo tipo di acque reflue.
L'elevata concentrazione di metalli pesanti e soprattutto l'elevato contenuto di cloruri hanno impedito il successo delle tradizionali tecniche antinquinamento.
Nel processo di trattamento, i quattro flussi vengono immagazzinati in una vasca per omogeneizzarli.
Successivamente le acque reflue vengono sottoposte ad un aggiustamento del pH, aggiungendo soda caustica al 30%, in modo da neutralizzare parte dell'acidità e raggiungere un pH di 5,5.
L'evaporazione avviene per mezzo di due evaporatori sottovuoto in pompa di calore.
Questi evaporatori producono due flussi: un distillato, prodotto in continuo, e un concentrato, scaricato automaticamente in modo discontinuo.
La resa della distillazione è di circa il 90%. Il distillato viene riciclato nel processo.
Il concentrato, che viene conservato in un apposito serbatoio, viene smaltito, secondo le normative vigenti.
L'impianto è in grado di trattare 4200 m3 / anno di acque reflue.
Controlla anche il nostro infrared evaporator.
Non esitate a contattare Lenntech per ulteriori informazioni in merito evaporators.
Fonti: www.answers.com, www.wikipedia.com