عنوان پایان‌نامه
بررسی عملکرد ستون RDC در استخراج حلالی مس با استفاده از استخراج کننده تجاری خاص
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1801.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78078;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1801.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78078
- تاریخ دفاع
- ۱۳ مهر ۱۳۹۵
- دانشجو
- مریم کسایی
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان, حسین بهمنیار
- چکیده
- فلز مس به دلیل برخورداری از خواص ویژه، دارای کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف می باشد. پروژه حاضر به منظور بررسی استخراج یون های مس از محلول سولفاتی در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی با استفاده از استخراج کننده تجاری و جدید Cupromex-3302 در ستون دیسک چرخان تعریف شده است. در بخش نخست، آزمایش هایی جهت بهینه سازی فرایند و تعیین میزان مشارکت پارامترهای موثر نظیر pH فاز آبی، دما، نسبت فازها و . . . در سیستم میکسر-ستلر آزمایشگاهی با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که سرعت اختلاط فازها و دما به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را بر روی راندمان استخراج داشته اند. در بخش بعد معادله سینتیک فرایند استخراج مس بر اساس دما و غلظت هر یک از واکنش دهنده ها با استفاده از آزمایش های انجام شده در دستگاه سل لویس به صورت زیر تعیین شد. Rate=3.63×?10?^(-4) [Cu^(2+) ]^0.97 [Mex]^1.01 [H^+ ]^(-0.78) در بخش اصلی پروژه، آزمایش های استخراج حلالی مس در ستون تماس دهنده دیسک چرخان (RDC) انجام شد. در این آزمایش ها با انتخاب مقادیر بهینه شده پارامترهای عملیاتی فرایند از بخش نخست، اثر عوامل تاثیرگذار بر عملکرد ستون نظیر دور روتور، شدت جریان فاز پراکنده و پیوسته از جنبه هیدرودینامیکی و انتقال جرم بررسی شده است. دور بحرانی، قطر متوسط قطرات، ضرایب انتقال جرم، راندمان استخراج، هلداپ استاتیک و دینامیک به دست آمدند. ضرایب انتقال جرم تجربی با روابط موجود در مقالات مقایسه شده و به جهت آنکه در هیچ یک از روابط پیشین بحث استخراج فلزات که انتقال جرم به همراه واکنش شیمیایی بوده، مطرح نشده بود، رابطه ای تجربی جهت پیش بینی ضریب نفوذ موثر برای فرایند استخراج مس ارائه شده که به صورت D_eff=18.32Re^0.62 Fr^2.51 Eo^0.42 h^(-0.46) می باشد. بر مبنای آزمایش های انجام شده، دور بحرانی اول و سایر عوامل موثر بر عملکرد ستون نظیر سرعت لغزشی، سرعت مشخصه، هلداپ فاز پراکنده بر اساس خصوصیات فیزیکی، هندسه سیستم و محدوده پارامترهای عملیاتی موثر با روابط جدید برای سیستم شیمیایی مورد نظر که انتقال جرم به همراه واکنش شیمیایی می باشد، ارائه شده اند. همینطور از روش طراحی آزمایش تاگوچی جهت بهینه سازی فرایند استخراج در ستون RDC نیز استفاده شد و بر اساس نتایج آنالیز واریانس، دور روتور و شدت جریان فاز پیوسته به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را بر عملکرد ستون داشته اند. بالاترین راندمان استخراج در ستون RDC برابر 44/87% بوده که نشان می دهد این ستون می تواند با راندمان قابل قبول و هزینه های ساخت، نگهداری و عملیاتی پایین تر، به جای میکسر-ستلرها در صنایع هیدرومتالورژی جهت استخراج فلزات با ارزش به کار رود.
- Abstract
- Copper has an ever growing variety of applications in different industries because of its special properties.This project is defined to investigate the extraction of copper ions from sulfate solution in laboratory and pilot scale applying new commercial extractant Cupromex-3302 in a rotating disc contactor. In the first stage, experiments were carried out for selecting the optimized parameters such as aqueous phase pH, temperature, phase ratio and etc. and finding their percentage of contribution in the laboratory mixer-settler through Taguchi design method. The results showed that the speed of mixing and temperature have the highest and lowest impact on the extraction efficiency. In the second stage of experiments, the forward reaction rate equation was determined based on temperature and concentration of each reactant by Lewis cell technique as follows: Rate=3.63×?10?^(-4) [Cu^(2+) ]^0.97 [Mex]^1.01 [H^+ ]^(-0.78) In the main stage, solvent extraction of copper was performed in a rotating disc contactor (RDC) column. During these experiments, selecting the optimized operational parameters from the first stage, the effect of important variables such as rotor speed, continuous and dispersed phase flow rates on column hydrodynamics and mass transfer performance aspects were investigated. Critical rotor speed, mean drop diameters, mass transfer coefficients, extraction efficiency, static and dynamic hold-up have been evaluated. The experimental mass transfer coefficients were compared with the previous correlations. Due to the fact that none of them considered mass transfer with chemical reaction, a novel correlation was derived for prediction of the effective diffusion in terms of the Reynolds, Froude and Eotvos numbers in the form of? D?_eff=18.32Re^0.62 Fr^2.51 Eo^0.42 h^(-0.46). The first critical rotor speed and other fundamental parameters such as slip velocity, characteristic velocity and dispersed phase hold-up have been correlated based on physical properties, column geometry and the effective range of operating parameters for the reactive copper extraction. Likewise, Taguchi experimental design method was used to optimize the extraction process in the RDC column. Refer to ANOVA results, the rotor speed and continuous phase flow rate were the most and the least effective parameters respectively. The results showed that the highly promising RDC column can be considered as appropriate alternative for mixer-settlers as regards saving construction, maintenance and operating cost in metal extraction among hydrometallurgical industries.
