Effect of impeller type on ion exchange in baffled and unbaffled batch reactor : diploma thesis

Mehanička operacija miješanja djeluje vrlo jednostavno, ali utjecaj mnogobrojnih hidrodinamičkih uvjeta na procese koji se odvijaju unutar reaktorskog prostora potrebno je detaljno istražiti. U ovom diplomskom radu ispitan je utjecaj tipa miješala na ionsku izmjenu bakra na zeolitu NaX. Ispitivanja su provedena u reaktoru s razbijalima virova kao i u reaktoru bez razbijala virova kako bi se dobio uvid na sveukupni utjecaj stvorenih hidrodinamičkih uvjeta na već spomenuti proces ionske izmjene. Eksperimenti su izvedeni pojedinačnom primjenom triju miješala: turbinskog miješala s ravnim lopaticama (SBT), turbinskog miješala s lopaticama nagnutim pod kutom od 45° (PBT) i turbinskog miješala s diskom i ravnim lopaticama (Rushtonova turbina, RT). Ispitivanja su provedena sa česticama zeolita promjera d p <0,050mm, a početna koncentracija otopine bakrova(II) nitrata bila je 7,04 mmol L -1 . U cilju dobivanja boljeg uvida u utjecaj ispitivanih parametara određena je minimalna brzina vrtnje miješala potrebna za postizanje stanja potpune suspenzije (N JS ) primjenom Zwieteringovog vizualnog kriterija „1s“, kao i utrošak snage miješala (P JS ). Dobiveni rezultati pokazali su da se prilikom rada u reaktoru s pregradama troši više energije na cjelokupan proces. Iz rezultata ispitivanja utjecaja hidrodinamičkih uvjeta stvorenih SBT, PBT i RT miješalom u reaktoru sa ili bez razbijala virova, može se zaključiti da je proces ionske izmjene općenito brži u reaktoru s razbijalima virova. U isto vrijeme vrijednosti N JS i utroška snage miješala (P JS ) također su veće u reaktoru s razbijalima virova. Provedena je i kinetička analiza procesa kojom se pokazalo da količina izmijenjenog bakra u početnoj fazi eksperimenta naglo raste nakon čega dolazi do uspostave ravnoteže. Dobiveni rezultati obrađeni su metodom nelinearne i linearne regresije korištenjem Ritchievog i Weber-Morrisovog modela i statističkim pokazateljem ocjenjeno je njihovo slaganje s eksperimentalnim podacima. Pokazalo se da brzina kemijske reakcije ovisi o tipu miješala i da je općenito veća u reaktoru s razbijalima virova u odnosu na reaktor bez razbijala virova. Brzina reakcije je najveća kada se koristi RT miješalo u reaktoru s pregradama, a najsporija kod RT miješala u reaktoru bez pregrada.Mixing, as mechanical operation, appears like very simple unit operation, but effects of many hydrodynamic conditions on processes inside of reactor need to be examined in detail. In this work the influence of impeller type on ion exchange of copper on zeolite NaX has been investigated. In order to get a better insight into the effect of hydrodynamic conditions on ion exchange, experiments were conducted in the baffled and unbaffled batch reactor at standard impeller off-bottom clearance (C/H=0,33). Three impeller types were used- straight blade turbine (SBT) which produced radial flow, pitch blade turbine (PBT) that produced dominantly axial flow and Rushton turbine (RT) which also produced radial flow. To avoid the effect of intraparticle diffusion, in all experiments the same zeolite particle size (d p