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Proyecto de Membranas - Ejercicio, Ejercicios de Procesos de Separación Química

Proyecto de membranas para usar LGchem

Tipo: Ejercicios

2023/2024

Subido el 28/02/2024

barb-fs
barb-fs 🇻🇪

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Planta de Osmosis Inversa de 50 m3/h (Producción de Agua Permeada)
Agua de Ingreso:
Equipo
Fuente Agua
Propiedades Promedio de la Fuente de Agua
Temperatura (
º
C)
pH
1
/
Angel
/
Daniela
Agua de Mar
Pozo
10
31.000
7,5
2
/
Brayan
/
Jeancarlis
Agua de Mar
Pozo
20
35.000
7,5
3
/
Barbara
/
Yessica
Agua de Mar
Toma Abierta
15
33.000
7,8
4
/
Heliana
/
Oriana
Pozo Salobre
10
7.000
7,2
5
/
JeanF
/
Alexia
Pozo Salobre
15
10.000
7,2
6
/
Jimena
/
Luis
Agua Salobre Superficial
20
4.000
7,8
Componentes Disueltos en la Fuente de agua:
Na 30,6%
K 1,3%
Mg 3,8%
Ca 1,1%
Cl 55,3%
SO4 7,5%
CO3 0,002%
HCO3 0,4%
CO2 0,02%
Bo 0,01%
Si 0,02%
Diseñar una Planta Desaladora de una sola Etapa, con Recuperación de 40% si el ingreso es agua de mar y
o Recuperación de 60% si el ingreso es agua salobre. Suponer que el sistema de pre-filtrado remueve todos
los sólidos suspendidos de forma adecuada.
1 - Calcule la presión osmótica del agua de ingreso [bar],[psi]. Para este cálculo suponga que el 100% de TDS
es NaCl.
2 - Calcule el flujo [kg/h], [m3/d] de alimentación requerido, el flujo de rechazo y permeado a obtenerse y la
salinidad [mg/l] de la línea rechazo, suponiendo para este cálculo 100% de rechazo de sales.
3 - Estime la cantidad de membranas (elementos) requeridos. Modelo Membrana: SW 400 R o BW 400 R,
según el tipo de agua de ingreso. Calcule el flux [l/h.m2], [lmh]
CASO BASE
4- En el software evalúe el diseño de la planta:
4.1- Compare contenedores de 3 y de 6 membranas. ¿Cuál esquema utilizaría?
4.2- ¿Cuál es el TDS del permeado y del rechazo obtenido [mg/l]? ¿el pH de ambas corrientes? ¿Y el
contenido de CO2 [mg/l]?
4.3- ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]? ¿Cuánta es la fuerza impulsora para la
transferencia de agua a través del sistema de membranas [bar]? ¿Y la permeabilidad de las membranas a la
transferencia de agua [lmh/bar]?
4.4- Evalúe y compare la fuerza impulsora y la permeabilidad para la primera y la última membrana
(considere los perfiles a lo largo del PV: presión,concentración de TDS, polarización de la concentración, y
flujo de permeado).
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¡Descarga Proyecto de Membranas - Ejercicio y más Ejercicios en PDF de Procesos de Separación Química solo en Docsity!

Planta de Osmosis Inversa de 50 m3/h (Producción de Agua Permeada)

Agua de Ingreso:

Equipo Fuente Agua Propiedades Promedio de la Fuente de Agua Temperatura (ºC) TDS (ppm) pH 1 /Angel / Daniela Agua de Mar – Pozo 10 31.000 7, 2 / Brayan / Jeancarlis Agua de Mar – Pozo 20 35.000 7, 3 / Barbara / Yessica Agua de Mar – Toma Abierta 15 33.000 7, 4 / Heliana/ Oriana Pozo Salobre 10 7.000 7, 5 / JeanF / Alexia Pozo Salobre 15 10.000 7, 6 / Jimena / Luis Agua Salobre Superficial 20 4.000 7,

Componentes Disueltos en la Fuente de agua:

Na 30,6% K 1,3% Mg 3,8% Ca 1,1% Cl 55,3% SO4 7,5% CO3 0,002% HCO3 0,4% CO2 0,02% Bo 0,01% Si 0,02%

Diseñar una Planta Desaladora de una sola Etapa, con Recuperación de 40% si el ingreso es agua de mar y

o Recuperación de 60% si el ingreso es agua salobre. Suponer que el sistema de pre-filtrado remueve todos

los sólidos suspendidos de forma adecuada.

1 - Calcule la presión osmótica del agua de ingreso [bar],[psi]. Para este cálculo suponga que el 100% de TDS

es NaCl.

2 - Calcule el flujo [kg/h], [m^3 /d] de alimentación requerido, el flujo de rechazo y permeado a obtenerse y la

salinidad [mg/l] de la línea rechazo, suponiendo para este cálculo 100% de rechazo de sales.

3 - Estime la cantidad de membranas (elementos) requeridos. Modelo Membrana: SW 400 R o BW 400 R,

según el tipo de agua de ingreso. Calcule el flux [l/h.m^2 ], [lmh]

CASO BASE

4- En el software evalúe el diseño de la planta:

4.1- Compare contenedores de 3 y de 6 membranas. ¿Cuál esquema utilizaría?

4.2- ¿Cuál es el TDS del permeado y del rechazo obtenido [mg/l]? ¿el pH de ambas corrientes? ¿Y el

contenido de CO 2 [mg/l]?

4.3- ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]? ¿Cuánta es la fuerza impulsora para la

transferencia de agua a través del sistema de membranas [bar]? ¿Y la permeabilidad de las membranas a la

transferencia de agua [lmh/bar]?

4.4- Evalúe y compare la fuerza impulsora y la permeabilidad para la primera y la última membrana

(considere los perfiles a lo largo del PV: presión,concentración de TDS, polarización de la concentración, y

flujo de permeado).

4.5- ¿Cuál es el consumo de energía del sistema [kWh]? ¿y el consumo por m^3 de permeado producido?

5- Evalúe el efecto de la variación de la temperatura del agua en +/- 7 ºC:

  • ¿Cuál es el TDS del permeado y rechazo obtenido [mg/l]?
  • ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]?
  • ¿Cuál es el requerimiento de energía del sistema [kWh/m^3 ]?

6- Evalúe el efecto del incremento o disminución en un 10% de los TDS.

  • ¿Cuál es el TDS del permeado y rechazo obtenido [mg/l]?
  • ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]?
  • ¿Cuál es el requerimiento de energía del sistema [kWh/m^3 ]?

7- Evalúe el efecto del envejecimiento de las membranas. Si estas tiene 3 años de operación:

  • ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]?
  • ¿Cuál es el requerimiento de energía del sistema [kWh/m^3 ]?

8- Evalúe el diseño con membranas SW 4040 R o BW 4040 R, según el tipo de agua de ingreso.

  • Estime la cantidad de membranas (elementos) requeridos. Evalúe con contenedores de 7 membranas.
  • ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]?
  • ¿Cuál es el requerimiento de energía del sistema [kWh/m^3 ]?

9- Evalúe otro modelo de membrana como alternativa al Caso Base.

  • ¿Cuál modelo seleccionaría? ¿Por qué?
  • ¿Cuál es el TDS del permeado y rechazo obtenido [mg/l]?
  • ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]?
  • ¿Cuál es el requerimiento de energía del sistema [kWh/m^3 ]?

10- En el diseño anterior, con el nuevo modelo de membrana, agregar una 2da Etapa de Membranas, de tal

manera de incrementar la producción de permeado (y el % de recuperación del sistema) en un 25%. Evaluar

el diseño para aproximadamente 1/3 de cantidad de membranas en la segunda etapa respecto a la primera

etapa.

  • ¿Cuántas membranas se requieren?
  • ¿Cuál es el TDS [mg/l] del permeado y rechazo obtenido en cada etapa?
  • ¿Cuál es la concentración de NaCl [mg/l] en la alimentación a la última membrana? A esa temperatura

¿cuál es la concentración de saturación del NaCl en agua?

  • ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]?
  • ¿Cuál es el consumo de energía del sistema [kWh]? y el consumo por m^3 de permeado producido?

11 - En el diseño anterior (2 Etapas) evalúe la incorporación de un Recuperador de Energía.

  • ¿Cuánto es el requerimiento de presión del sistema [bar, psi]?
  • ¿Cuál es el consumo de energía del sistema [kWh/m^3 ]?
  • ¿Se ve afectado el contenido de TDS del permeado? ¿Por qué?

12- Partiendo del caso anterior (2 Etapas con Recuperador de energía), del permeado obtenido se quiere

recuperar un 50% en un Segundo Paso del sistema, para obtener agua de alta pureza para uso industrial.

  • ¿Qué membranas utilizaría? ¿Cuántas?
  • ¿Cuál es el TDS [mg/l] del permeado y rechazo obtenido en este 2do Paso? El rechazo sigue siendo agua

potable (TDS< 1000 mg/l)?

  • Recircular un 50% del rechazo hacia el Primer Paso. ¿Cuál es el consumo de energía del sistema [kWh]?

¿Cuántos m3/h se obtienen de agua pura, de agua potable y de residuo?