Chimica e laboratorio triennio

Prof. TROIANO Sergio

Lo stripping è un tipo di distillazione molto usata nell'industria chimica e consiste nel sottrarre una sostanza volatile, di solito un gas sciolto, un liquido, presente in una fase liquida o anche solida, inviando un gas o anche semplice vapore surriscaldato.

La colonna di stripping è solitamente costituita da un cilindro verticale contenente un riempimento che può essere costituito da semplici pezzi di materiale inerte buttati alla rinfusa, oppure da pacchi di materiali strutturati, solitamente di materiale plastico, opportunamente strutturati per rendere massima la superficie di contatto tra la fase liquida discendente e la fase gassosa risalente.

Il riempimento con pacchi strutturati è molto più costoso del riempimento con materiali inerti sciolti, ma risulta in genere più efficiente e soprattutto danno un rendimento costante che può essere tabellato ed utilizzato nel calcolo di progetto. Il riempimento fatto con materiali inerti sciolti e ammucchiati alla rinfusa, ha un rendimento che dipendendo dal modo con cui i ciottoli d'inerte si sono ammucchiati e quindi dal caso, varia da un apparecchio all'altro ed il calcolo di progetto non può essere condotto con il necessario rigore.

Supponiamo di voler ridurre la quantità di un certo gas, supponiamo che si tratti d'anidride carbonica, sciolta in una soluzione acquosa utilizzando un gas, poniamo semplice aria, per stripparla. Purtroppo, in questo caso, il calcolo non può essere condotto con il comodo e semplice, metodo grafico di McCabe e Thiele che abbiamo usato negli altri tipi di distillazione perché la portata della fase gassosa non può essere ritenuta costante, dato che, risalendo la colonna, aumenta a causa del gas strippato, e cosi pure la fase liquida discendendo la colonna diminuisce di portata per via del componente volatile che le è stato strippato.

Il problema si risolve considerando la frazione molare non riferita alla soluzione, che è una quantità che varia, ma al componente più pesante che invece non varia perché non viene strippato. Anche per quanto riguarda la fase gassosa la concentrazione non deve essere riferita alla miscela gassosa, che sappiamo non è costante perché tende ad aumentare, ma al componente inerte che non sciogliendosi nel liquido, rimane costante.

Per eseguire il calcolo del numero di stadi teorici, necessari per stimare il diametro e l'altezza del riempimento, è necessario sapere il rapporto tra le moli di sostanza volatile e le moli di sostanza non volatile, nella soluzione sia in ingresso sia in uscita, si deve sapere pure il rapporto tra le moli di sostanza volatile e le moli di sostanza non volatile nella fase gassosa sia in ingresso sia in uscita e deve essere nota, infine anche la curva d'equilibrio termodinamico, tra la fase liquida e quella gassosa solitamente espressa da una retta.

Per eseguire il calcolo di una colonna di stripping occorre per prima cosa riportare la curva d'equilibrio su un grafico, meglio se eseguito sulla carta millimetrata, riportando sull'asse delle ascisse la frazione molare della fase liquida, riferita come già detto, alla sostanza non volatile, e non alla soluzione, e sull'asse delle ordinate la frazione molare della fase gassosa, anche in questo caso, riferita alla sostanza non volatile, e non all'intera miscela gassosa.

Si devono individuare, sull'asse delle ascisse i punti corrispondenti alle frazioni molari della fase liquida in ingresso ed in uscita e si devono tracciare le rette verticali fino ad incontrare la curva d'equilibrio che in genere è una retta.

Si devono individuare, sull'asse delle ordinate i punti corrispondenti alle frazioni molari della fase gassosa in ingresso ed in uscita e si devono tracciare le rette orizzontali fino ad incontrare le rette verticali tracciate prima.

Si devono individuare con la sigla P1, e marcare con una crocetta, il punto d'intersezione della prima retta verticale con la prima retta orizzontale e con la sigla P2 il punto d'intersezione della seconda retta verticale con la seconda retta orizzontale.

Si deve tracciare la retta di lavoro, unendo i punti P1 e P2 e poi, si devono trovare gli stadi d'equilibrio teorici con il metodo di McCabe e Thiele, tracciando una serie di gradini tra la retta di lavoro e la curva d'equilibrio. L'ultimo gradino potrebbe non essere intero ed in questo caso occorre stimarne l'entità con una semplice proporzione.

Il coefficiente angolare, e quindi la pendenza della retta di lavoro, corrisponde al rapporto tra la portata del componente non volatile della fase liquida e quella della fase gassosa e dunque sapendone uno si può calcolare l'altro dato che il coefficiente angolare può essere stimato anche per via grafica oltreché per via numerica.

La portata minima di componente non volatile nella fase gassosa, si ottiene quando il punto P2, alzandosi raggiunge la curva d'equilibrio. La portata minima necessaria per effettuare la separazione desiderata con un numero infinito di stadi d'equilibrio, non ha alcun interesse pratico perché una colonna non può mai avere un numero infinito di stadi, però è utile nella progettazione dato che di solito la portata reale viene assunta uguale ad una volta e mezzo quella minima.