40
J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR EL SISTEMA NITRATO DE URANILO-ETER DIE TILICO -AGUA, . EXTRACCIÓN DE NITRATO DE URAÑILO CON AGUA A PARTIR DE DISOLUCIONES ETÉREAS EN COLUMNAS DE PULVERIZACIÓN Y DE RELLENO Por PÉREZ LUIÑA,.A. y GUTIÉRREZ JODRA, L. MADRID, 1 960

J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

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Page 1: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

J. E.N. 25-DMa/l 1

JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

EL SISTEMA NITRATO DE URANILO-ETER DIE TILICO -AGUA, .

EXTRACCIÓN DE NITRATO DE URAÑILO CON AGUA A PARTIR DE

DISOLUCIONES ETÉREAS EN COLUMNAS DE PULVERIZACIÓN Y

DE RELLENO

P o r

PÉREZ LUIÑA,.A. y GUTIÉRREZ JODRA, L.

MADRID, 1 960

Page 2: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

Este trabajo ha sido publicado en Analesde la Real Sociedad Española de Física y Qufmica Serie B-QUIMICA. Tomo LI (B). - pág.143. - num. 2 . Febrero 1 955.

Toda correspondencia en relación coneste trabajo debe dirigirse al Servicio de Documentacion Biblioteca y Publicaciones, Junta de Energía Nuclear, Serrano 121 MadridESPAÑA.

Page 3: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

Í N D I C E

Pag.

Equipo 2

Prodúceos empleados 4

Datos de equilibrio 4

Técnica experimental 4

Análisis 5

Cálculos 5

RESULTADOS EXPERIMENTALES 7

Experiencias A ' 8

Experiencias A 10

Experiencias B 12

Experiencias C 13

Experiencias D 15

DISCUSIÓN Y COMPARACIÓN 22

NOMENCLATURA 25

SUBÍNDICES 2 6

BIBLIOGRAFÍA 27

Page 4: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR
Page 5: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

EL SISTEMA NITRATO DE URANILO-ETER DIETILICO-AGUA,

EXTRACCIÓN DE NITRATO DE URANILO CON AGUA A PARTIR DE

DISOLUCIONES ETÉREAS EN COLUMNAS DE PULVERIZACIÓN Y

DE RELLENO

Por

PÉREZ LUIÑA, A. y GUTIÉRREZ JODRA , L.

La solubilidad de algunos electrolitos fuertes en disolventes orgánicos,ha suscitado numerosos trabajos, siendo la opinión más general que dichasolubilidad va acompañada de la formación de solvatos orgánicos. En losúltimos años se ha ensayado la purificación o separación de gran numerode sales inorgánicas por extracción con disolventes orgánicos; y asiT, entreotros, se han utilizado el éter isopropilico para separar vanadio de hierro(1) y SbCl3 de SbCl5 (2); el éter etílico para separar Th(NO3)4 de UO2(NO3)2(3) de Fe(SCN)3 (4), de Ce(NO3)3 (5), de GaCl3, germanio de galio y otrosmetales a partir de soluciones nítricas, y mezclas de ácidos butilfosfóricosdisueltos en éter dibutílico normal para separar circonio y niobio de otrosproductos de fisión.

De todas formas, en la bibliografía hay pocos trabajos sobre el trata-miento semiindustrial o industrial en columnas de extracción. Geankoplisy Hixson (6) han estudiado la extracción por medio de éter isopropilico decloruro férrico disuelto en soluciones de ácido clorhídrico 7,8 N. Critten-den y Hixson (7) han llevado a cabo la extracción de ácido clorhiclrico endisolución acuosa, empleando pentanoles como disolventes. Estos últimoshan empleado una torre de pulverización y como fase dispersa la soluciónacuosa de HC1. La separación de cloruro de cobalto de cloruro de níquelen torre de extracción y con alcohol caprílico como disolvente ha sido rea-lizada por Kylander y Garwin (8).

División de Materiales.

Page 6: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

La separación de torio y uranio, así como la purificación de éste, seconsigue bien por extracción con disolventes orgánicos , principalmente conéter dietilico, que es el más selectivo de todos los ensayados (9).

Desde la presentación de la primera parte de este trabajo (10) han sidopublicados dos estudios sobre la extracción en contracorriente de nitrato deuranilo.

Murdoch y Pratt (11) han llevado a cabo la extracción de nitrato de ura-nilo a partir de disoluciones acuosas, en una columna de pared mojada, utilizando metilisobutilcetona y dibutoxidietiléter como disolventes. Emplean-do este último j ua,. ensayado también la extracción desde el disolvente alagua. Sus resultados muestran que la resistencia a la difusión es aproxima-damente igual en las dos fases, mientras que la resistencia interfacial, de-bida a la reacción de solvatación, es 5-20 por ciento de la total para el di-butoxidietiléter y del 10-3 5 por ciento para la metilisobutilcetona.

Warner (12), trabajando con los mismos sistemas en una columna dediscos, b' llegado a conclusiones análogas en cuanto a la resistencia indi-vidual de las fases, sin llegar a dar valores de la resistencia interfacial.Los resultados obtenidos por Warner están de acuerdo, cualitativamente,con los obtenidos por otros investigadores en la extracción de solutos orgá-nicos.

En e presente trabajo se amplían las experiencias dadas en (10) con ñusvos ensayados realizados en otra columna de pulverización y, las series Cy D, experiencias de concentraciones iniciales de la solución etérea del 6por ciento y 32 por ciento, aproximadamente.

Se aportan, además, otras correlaciones para las alturas de las unida-des de transmisión totales; y a fin de lograr una mejor comprensión y ex-posición de los resultados, se repiten algunos de los datos iniciales expues-tos anteriormente (10),

Equipo

Se han empleado tres columnas de extracción, indistintamente como depulverización o de relleno. El relleno utilizado es de anillos Raschig , devidrio. En las tablas I y II se exponen las características de columnas y re-lleno ; respectivamente,

Las columnas . tanques de almacenamiento y tuberías de conducciónson de vidrio. Como material de empalme se ha utilizado tubo de plásticode cloruro de polivinilo.

Las columnas están formadas por un cuerpo recto, unido a dos piezasen la parte superior e inferior por medio de esmerilados. La pieza superiortiene tres uniones : entrada de la fase pesada, salida de .la fase ligera y ter-mómetro, respectivamente,

Page 7: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

T A B L A I

Cara cterísticas ce las columnas de extracción

C A R A C T E R Í S T I C A S COLUMNANumero 1 Numero 2 Número 3

Longitud total, cmLongitud entre boquillas, cmLongitud ocupada por el relleno, cmDiámetro interior, cmSección transversal, cm^Diámetro interior de la boquilla, mmDiámetro interior de los tubos de conduc .-.ción, cm 0,8 0,8 0,6

10277804172

,7,45,5

1751521475,19,2,

0620

182159-5211

,25,70,5

T A B L A II

Características de los anillos Raschig

Diámetro exterior medio, mm 5,67Diámetro interior medio, mm 3,94Longitud media , mm 7,74Volumen medio, mm^ 101,40Esfericidad 0,404Porosidad 0,568

La pieza inferior va provista de dos uniones para la entrada de faseligera y salida de fase pesada, respectivamente.

Las columnas son fácilmente desmontables, permitiendo asimismo elcambio de distintas boquillas para dispersar la fase discontinua.

Una parte de la conducción que da salida a la fase pesada es de tuboble de plástico, para

la altura de la inte ríase.flexible de plástico, para poder regular la altura de descarga y, por tanto,

En la publicación anterior (10) se ha dado un esquema de la instalacióngeneral, análogo para las tres columnas.

Page 8: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

La aumentación se hace por gravedad a partir de frascos de Mariotte .de 10 litros de capacidad. La constancia de.los gastos se consigue, ademásde por el empleo de frascos de Mariotte, por una regulación manual con dosllaves de vidrio. Una de estas llaves se emplea para regulación de todo onada. Los gastos de entrada se miden con magistrales, previamente calibrados para la solución a emplear. Los gastos de calida se midca con probetasgraduadas y un cronómetro.

Las conducciones de entrada están provistas de una salida lateral paratoma cíe muestras y comprobación de los magistrales en cualquier momento.

El cuerpo central de las columnas posee en la parte inferior un ligeroestrechamiento para soportar una espiral de vidrio, que sirve de sostén alos anillos Raschig cuando se utilizan como torres de relleno.

Productos empleados

Nitrato de uranilo hexahidrato, preparado por la Sección de QuímicaIndustrial de la Junta de Energía Nuclear. Su pureza, determinada por aná-lisis,, es superior a la de los reactivos para análisis existentes en el merca-do,

Agua bidestilada.Éter etílico de la casa P. Q. y F. Abelló, purificado por destilación

abierta.

Daxos de equilibrio

Se uan considerado los datos dados en (10), Aunque la temperatura entodas las experiencias ha oscilado entre 20 y 23 °C, no se ha tenido en cuen-ta ninguna corrección por diferencia con los 25 °C a que se obtuvieron losanteriores datos de equilibrio, ya que de acuerdo con los datos de Misciatte-lli (13) y Warner (9) dados para 20 °C, la dispersión debida a los errores deanálisis es superior a la producida por la variación de temperatura.

Técnica experimental ' ; • ••

Cuando el agua-es la fase continua, es conveniente ,• en-la .primera ex-periencia, llenar al principio una pequeña parte de. la columna con faseetérea, y entonces hace entrar el aguas para que ésta-no penetre en la con-ducción de la fase etérea. Cuando el nivel del líquido alcanza ia salida de iafase ligera, se gradúa poco a poco la salida de la fase pesada, se ajustan losgastos a los establecidos y se mantienen constante la altura de interfase.

Page 9: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

Cuando la fase etérea es la continua se llena la mayor parte de la co-lumna con dicha fase ya continuación se procede en todo como en el casoanterior.

A intervalos regulares de tiempo- 15 a 30 minutos-se toman muestrasde las fases. En éstas se hacen medidas de densidad de forma que se ob-tenga la tercera cifra decimal. Las curvas de densidad-tiempo indican demanera efectiva el momento en que se alcanza el régimen estacionario.Se considera que tres indicaciones constantes de densidad son suficientespara ello.

Cuando se ha alcanzado el régimen estacionario se miden los gastosde salida de las fases y se toman muestras de las fases y de la alimenta-ción para análisis.

Análisis

En las muestras se ha determinado solamente uranio. El método ex-perimental seguido es el descrito en (10). Los pasos más importantes son

1) Eliminación del ion NC3 con H2SO4.

2) Reducción de UC| a U4 con Cd electrolítico.

3) Oxidación con KMnO^ de los iones U a UO2 . Todas las mues-tras se analizaron por duplicado y, en general, la desviación no fue supe-rior al 2 por ciento. En algún caso que la desviación fue superior a estelimite, la muestra se analizó nuevamente también por duplicado.

Cálculos

Halladas las concentraciones de entrada y salida y los gastos de am-bas fases, se calcula por balances de material la cantidad de soluto trans-mitido.

son :

Las ecuaciones utilizadas empleando la nomenclatura de la figura 1

( l a )

NR = R l X l - R2x2 (1 b)

Para el cálculo del número de unidades totales de transmisión se hanutilizado las ecuaciones

Page 10: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

UETrlv

- (2 a;j y-,

Figura 1

Esquema de columna

U•j - . • ¡

R T

c _ ; v - l

s e ha n ; 2 . ' " . . c c £- ^ a1' J. _ e : o _•.lentes a una unidad de t ransmis iónpor medio de

HTUH

ET U E T

HTUH

RT u

(3 a )

(3 b)R T

y de éstas se han obtenido los coefi-cientes totales de transmisión me-diante las fórmulas siguientes dedu-cidas de las ecuaciones (2) :

KT a =E

HTUET . S(4 a )

R(4 b )

Designando por E y R a las respectivas velocidades másicas, las an-teriores ecuaciones se convierten en

KHTU..,

( 5 a ) . K R

R HTU(5 b)

R T

En gran parte de las experiencias, x* es cero y, por tanto la fórmulab) se transforma en

HTUP T

Page 11: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

De igual manera, el coeficiente total correspondiente puede ser expr_e_sado por

R , x lln.

H x?

K R . a = _ £ - in _£_ (7)

En todas las experiencias el numero de platos teóricos, n, fue infe-rior a 2. Cuando xj - x, < xy - x,*, n< 1 y la altura equivalente a un píato teórico se calcula por la formula

HETP =x l - X2x , - x , * (8)

Si x^ - X2 > xj - Xi*, n > 1 ( y en las experiencias de este trabajomenos que 2) y el-valor de HETP -viene dado por

HETP = —

(9)

RESULTADOS EXPERIMENTALES

Las experiencias realizadas se han clasificado en cinco grupos :

1. Experiencias A ' realizadas en la columna numero 3, trabajandocomo columna de pulverización y con la fase acuosa continua,

2. Experiencias A, realizadas en la columna número 1, de pulveriza-ción, fase acuosa continua.

3. Experiencias B, columna numero 2, de pulverización, fase etéreacontinua.

4. Experiencias C, columna numero 1:, de relleno, fase acuosa conti-nua.

5. Experiencias D, columna numero 2, de relleno, fase etérea conti-nua.

Page 12: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

Exper i enrías A '

F'- *.= serie de cinco experiencias se ha rr>a-ntenido aproximadamenteconstanre '- y se ha variado Rs velocidad rnásica de la fase etérea,, entre1,30 y 2. . i g/min , cr c , Las concentraciones de 'a aumentación ensayadaestán coii-iprendidas eu£r¿. 14,00 y 19,95 por c .<u. d n iratu s..•: u -^.¡ic.

x sos , entrtr sí a. lo iargc cela colurru 3 Estor dos efectos, variedad de tamaños y ccaie scencia ; seacer. uc . *- I = unentar R »

Los resultados experimentales se dan en la tabla III, en la que, asícorno en las restantes, no se indica el valor de y¿ , por ser igual a cero entodas las experiencias.

El valor de HETP varía poco con el gasto de la fase dispersa,

_ Las -orrelaciones de HTUET frente a l/R y de HTUJ^-J. en función deR se dan en la figura 2O La HTU-grp disminuye para gastos crecientes dela fase dispersa, y la HTURT aumenta.

1

1, gr/em l mín

2

200

S»- 100m

I I I

- I"- (1.50-1.67)

l i l i

Figura Z.

Expe-riencias A'. Columna de pulverización niírri- 3. Faetérec-.- Extracción de éter s a^ua..

.se ai spe v ~:í

Page 13: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

T A B L A III

Experiencias A". Columna de pulverización ndm. 3. Fase dispersa : etérea. Extracción de éter aagua. Datos experimentales y constantes de transmisión de materia

Experiejncias

1

2

3

4

5

Velocidades <g/min. cm

É

1,57

1,50

1,60

1,67

1,52

T>asica8 Composicioneaifracción2 en peso de UC2(NO3)2

R

1,30

1,775

2,19

2,71

2,64

x l

0,1400

0,1455

0,1720

0,1780

0,1995

X2

0,0041

0,0060

0,0125

0,0187

0,0278

0,1220

0,1510

0,1810

0,2210

0,2520

HETPcm

160,3

159

160,5

138

128, 5

cm

226,

201

163,

118

94 ,

ST

5

5

6

cm

51 . 8

47, 7

6 1 ' 6

67>6

78,4

x R i 5 ^

5,90

7,46

9,80

14,15

16,05

KET^ax 10*

2,51

3,72

3,56

4,00

3,3:7

Page 14: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

10

La relación lineal entre HTU™-™ y l/R , está de acuerdo con lo halladopor Rübin y Lehman (14) al estudiar los datos hallados por otros investiga-dores.

En la figura 3 se dan las correlaciones dea c o n relacion a R¡ respectivamente. Kg

. frente a R/E y deR g crece con R . asi corno

también Kp a , si bien en,este caso el crecimiento no es tan acusado co-rno en el primero

i l i i I I l i

Vi

Figura 3

Experiencias A **. Columna de pulverización num. 3. Fase dispersaetérea. Extracción de éter a agua.

Experiencias A

En (10) se dan los resultados de estas experiencias,

Se ha comprobado la influencia de los gastos de ambas fases. Paraello se han hecho series de experiencias en que el gasto de la fase dispersase mantenía aproximadamente constante y se variaba entre ciertos límitesel gasto de la fase continua.

Page 15: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

11

Se ha ensayado también la influencia de la concentración, para lo cualse han llevado a cabo tres grupos de siete experiencias cada uno, donde lasrespectivas concentraciones de la alimentación fueron del orden del 6, 16 y32 por ciento, con desviaciones de + 2 por ciento.

1 S 0 O -

Í0O0

o

z

EXPERIENCIAS A

TORRE DE PULVERIZACIÓN"ASE CONTINUA : AGUA

• fi (1.17O R (2.54D S (3.16A fi (3.690 R («.62V fi (5.35S g (5.88

- U 0 )-2.60)- 3.32)- 3.87)- 4,85)-5.77)-6.45)

5 0 0 -

4 6. gr/em? min •

Figura 4

« 0 0

•1 0 0 0 -

EXPERIENCIAS A

~ TORRE DE PULVERIZACIÓN

- FASE CONTINUA : AGUA

O E (1.36-5.63)O •£ (3.36 - 3.80)D f (4,25- i.U)fl É (5,05- 5.40)0 1 (6.39- 585)V 6 (7.46- 7.98)B I (152- S.06)

500 -

Page 16: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

12

Al igual que en las experiencias A', existe una amplia variación de tamaños de las gotas, y a lo largo de la columna muchas-gotas coalesceri. Esteefecto aumenta con el gasto de la fase dispersa y con su concentración.

Las experiencias se pueden agrupar en serie de E o R constajntes. Enlas_figuras 4 y 5 se dan las correlaciones de HTU-grp en función de E y del/R para valores constantes de E y de E , respectivamente. HTIJE^ aumen-ta con la velocidad másica de la fase continua y disminuye al crecer el gastode la fase dispersa.

Experiencias B

En esta serie la fase dispersa es la acuosa. Las gotas son uniformes,y al aumentar el gasto de la fase discontinua varía muy poco el tamaño deellas. La coalescencia de las gotas a lo largo de la columna es tanto másacusada cuanto mayor es la concentración.

La concentración inicial en nitrato de uíranilo de la fase etérea es delorden del 16 por ciento, oscilando alrededor de este valor. Se han hechodos grupos de experiencias con concentraciones del orden del 6 y del 32 porciento, respectivamente. Los datos experimentales y las constantes calcula-das se dan en (10).

En estas experiencias la HETP es considerablemente mayor que en elcaso de ser la fase dispersa la fase etérea.

1500

tooo

500

. EXPERIENCIAS B

_ TORRE DE PULVERIZACIÓN

FASE CONTINUA i ÉTER '

• 6(0.72 - (X75)O 6(l<0* - 1,66)t Rlt.76 - T.9*)• SU2! -26<)

IIi I i i i i i

i.gr/W-min

.Figura 6

Page 17: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

Para la HTUFT se encuentra una correlación del mismo tipo que en lasexperiencias A, y así", en la figura 6, donde se representa HTU^j frente aE, se obtiene un haz de rectas que pasa por el origen.

En este caso las desviaciones de la HTUgj (para valores constantes deR) son superiores a las de las experiencias A. Esto está de acuerdo con losdatos existentes en la bibliografía para otros sistemas, que indican que lasmejores correlaciones halladas son las de las constantes basadas en la fasecontinua.

Experiencias C

Se ha empleado la fase etérea como fase dispersa y la columna numero1, con el relleno anteriormente descrito.

En (10) se dan los resultados para 16 experiencias, en las que la coticentración inicial de la fase etérea oscila alrededor del 16 por ciento.

En la tabla IV se dan los resultados de dos grupos de cuatro experienciascada uno, con concentraciones del orden del 6 y 31 por ciento respectivamen.te.

800

í

E (1.51 -199)O E (4.40- 5.55)• I (6.36-7.16)A 1(8.64-9.15)

Figura 7

Experiencias C. Torre de relleno. Fase continua : agua.de éter a agua. Torre num. 1.

Extracción

Page 18: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

T A B L A IV

Experiencias C. Columna de relleno num. 1. Fase dispersa: etérea. Extracción de éter a agua.Datos experimentales y constantes de transmisión de materia

Velocidades masicas Composiciones:fracciónExperiejn g/min . cm en peso de UC ÍNC );?

cías ~Z. ~E R xx x2 yj

0,0546 0,0004 0,0278

0,0544 0,0002 0,0181

0,0575 0,0002 0,0355 on ° AnL *A n i « « - » « « *>

0,0555 0,0003 0,1055

0,3074 0,0039 0,1150

0,3134 0,0035 0,1685

0,3143 0,0043 0,2064

0,3196 0,0981 0,3659

1 /

18

19

20

21

22

23

24

5,40

8,95

4,43

1,46

9,19

6,89

4,99

2,08

2,85

2,82

2,94

2,94

3,20

3,25

3,31

3,51

IETPcm

80,5

80,5

80,2

80,2

80,4

50,4

45,8

44,8

HTUcm

601

889

406

122

180

126

82

34

E T

, 7

,9

, 5

HTURT

cm

16,3

14,3

14,7

15,33

18,35

17,8

18,6

48,8

KE.ax 102

0,899

1,008

1,09

1,20

5,08

5,46'

6,03

6,03

K R . ax 102

1,75

1,975

2,00

1,92

1,742

1,825

1,78

0,70

Page 19: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

15

Son el equivalente de las experiencias A, sólo que realizadas en colum-na de relleno.

La HrUi)T.jiene valores bajos y prácticamente independientes de losvalores de E y R, excepto para gastos bajos de. la fase continua y altos dela fase dispersa. En estas condiciones la HTUj y. alcanza valores relativa-mente altos.

No se ha hallado ninguna correlación satisfactoria para las constantesbasadas en la fase dispersa. Los valores basados en la fase continua danbuenas correlaciones en función de cualquiera de las velocidades másicasde las fases.

Los resultados obtenidos, figura 7 y 8, son análogos a los de las expe-riencias A, HTUj7--p disminuye al aumentar el gasto de la fase continua.

En la figura 9 se representa el efecto de la concentración de entrada dela fase dispersa, y los resultados, como era de esperar, son también análo-gos a los de las experiencias A.

Experiencias D

En esta serie, realizada en la columna numero 2 con relleno, la faseetérea ha sido la fase continua.

Las velocidades másicas están comprendidas entre 0,94 y 4,0 g/cm^min para la fase etérea.

En (10) se dan los resultados para 16 experiencias, cuya concentraciónde la alimentación es del orden del 17 por ciento. En la tabla V se dan losresultados y las constantes calculadas para otras ocho experiencias, reali-zadas con objeto de ensayar el efecto de la concentración.

En ellas se encuentra que los coeficientes de transmisión de materiay las HTU basadas en la fase continua presentan oscilaciones que no permi-ten una copelación adecuada. Puede decirse, en general, que HTUj -j. depen.de goco de R y aumenta ligeramente con E, y que Kn _ apenas dependede E y de la concentración inicial de la fase etérea, aumentando con R . Enla figura_ 10 se tiene evidencia gráfica de la variación expuesta para Kj a

con E y R y con la concentración.

Los valores de ÜTUp-p son notablemente inferiores a los obtenidos enlas columnas de pulverización, si bien son superiores a los obtenidos encolumna de relleno, con el agua como fase continua.

Page 20: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

16

800R (1.05-1.09)

O R (296-3.17)O R (4.55-4.66)A S (5.45-620)

I, mínFigura 8

Experiencias C. Torre de relleno. Fase continua: agua. Extracción dé éter a agua.Torré núm. 1.

ioof-

I£ SOh

_

_

-

li

li

EXPERIENCIAS CTORRE DE RELLENO ^ SPASE CONTINUA .A0UA ^ S ^

0 X, CQ0W4-0,0575)• X( (.Q1665-0,1831)D Xi (03074-O.3W6)

" n " ' | r " l 1 1 1

E. 9r/enrtmiB — w

Figura 8

Page 21: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

T A B L A V

Experiencias D. Columna de relleno núm. 2. Fase dispersa:agua. Extracción de éter a agua.Datos experimentales y constantes de transmisión de materia

Expe rieticía

17

18

19

20

21

22

23

24

Velocidadesg/min .

É

3 , 6

2,86

1,97

0,913

3,89

3,03

2, 16

0,977

másicascm2

R

P.,936

0,947

1,00

1,00

0,915

0,919

0,949

0,982

Composiciones;en peso de UO2

x l

0,0595

0,0574

0,0532

0,0528

0,3182

0,3245

0,3250

0,3230

0,00027

0,00023

0,00023

0,00014

0,00031

0,00035

0,00029

0,00036

fracción

0,0175

0,0196

0,02805

0,0568

0,0868

0,1020

0,1445

0,2870

HETP

cm

147,5

147,5Í

147,5

147

147

86,5

75,8

73,5

HTU E T

cm

1715

1510

1030

46 é

/ 439

381

252

84

HTUR T

cm

27,2

26,5

26,85

24,8

21,2

21,5

20,9

,21,65

K E . ax 102

i,-. .»

0,21

0,189

0,491

0,195

0,885

0,795

0,857

1,16

KR.ax 102

3,44

3,58

3,73

4,04

4,31

4,26

4,54

4,54

Page 22: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

Q8

0,4 -

0 . 2 -

EXPERIENCIAS 0, TORRE DE RELLENO

FASE CONTINUA. ETÉREA

i /1

O Kt(Q0528 -0.0516)e x, (o.»en -o.is5*)<> X((Q3t82 -0,3250)

1

Figura 10

La HTUFT depende de E y R en la misma forma que en las demás ex-periencias y, como de costumbre, se obtienen buenas correlaciones parala HTUET en función de velocidad másica de su propia fase y en función delinverso de la velocidad másica de la fase contraria, como se observa enla figura 11.

Se han realizado dos grupos de experiencias con concentraciones deentrada de la fase etérea del 6 y del 32 por ciento, respectivamente. Se hamantenido constante el gasto de la fase continua y se ha variado el de lafase dispersa. Como en los demás casos, HTU^j aumenta al disminuir laconcentración de entrada de la fase dispersa.

El coeficiente K£ a depende poco de E . Para valores bajos de Raumenta ligeramente con E". En cambio, para valores de R superiores a1, 10 g/cm2 min KE a disminuye al aumentar E.

Coeficientes individuales de transmisión de materia

Se ha intentado calcular el valor de los coeficientes individuales detransmisión empleando el método de Brinsmade y Bliss (15), pero los resul

Page 23: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

19

tlOO

I O Q O -

«00

EXPERCNCIAS 0TORRE DE RELLENOFASE CONTINUA :ÉTES

I i

Figura 11

Alturas equivalentes a una unidad de transmisión individuales

tados obtenidos no han sido satisfactorios , lo que era de esperar, dada laamplia distribución en el tamaño de las gotas y la gran variación del poten-cial de concentración dentro de la columna.

A partir de las fórmulas que dan las HTU totales en función de las HTUindividuales. » .

HTURT = Rm E

HTU, (10 a)

HTUET = HTUER

m EHTU (10 b)

Page 24: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

20

se deduce

HTUR T

HTUET (11)

Se han calculado los valores de R y m E a partir de las HTUm E R

totales, y con ellos se han obtenido las rectas de las figuras 12, 13, 14 y15, de las cuales se obtienen los valores dados en las tablas VI y VIL Enla tabla VI se dan los valores de las HTU individuales obtenidos de las re-presentaciones de HTUET frente a SÜL , y e n la VII-los obtenidos a partirde HTURT frente a _J* . L,Os valores hallados a partir de ambas HTU tota-les son prácticamente iguales.

Los valores encontrados para HTUig y HTUn indican que las resistenr.cias de las fases son aproximadamente iguales, predominando ligeramentela de la fase acuosa. Esto está de acuerdo con los resultados de Murdochy Pratt (11) y Warner (12), aunque estos investigadores-han utilizado otrosdisolventes y, en general, una dirección de extracción, de agua a disolventeorgánico, contraria a la utilizada en las experiencias del presente trabajo.

JLmi0,5

EXPERIENCIAS A'HTUE-43 -43em.HTU B - 46,5- 46 em.

o

50

Figura 12

Page 25: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

H T U E = 137- I36cm

HTU» = 88- 88 en

m£R

Figura 13

SL.

ee

»

-

-

a

EXPERIENCIASHTUi- 14,S-1Sea.HTU»- 1S ) - 1Í.8 a

<

c

a.

0

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40

1

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/

1

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c

-

-

-4 seo

tees

R

"5TFigura 14

Page 26: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

22

Para las experiencias A los resultados han sido satisfactorios, lo queparece achacable a que en estas experiencias ha sido donde se ha observa-do la más amplia distribución en el tamaño de las gotas.

Las HTU individuales son independientes de la concentración de entra-da en la fase etérea, ya que en las figuras antes citadas se han representadotodas las experiencias, independientemente de la concentración inicial dela fase etérea.

Correlaciones del mismo tipo han sido halladas en el caso de solutosorgánicos por Leibson y Beckmann (16).

DISCUSIÓN Y COMPARACIÓN

En las experiencias realizadas en columnas de pulverización se hacomprobado que los factores que afectan el movimiento y coalescencia delas gotas dependen principalmen.te de la fase empleada como dis- jt ».persa, del gasto de la misma yde la concentración de entradade la fase etérea. Estos resulta-dos confirman los obtenidos por _ „Fleming y Johnson (17) operando 1080 gí/*5'u ^r . "con el sistema agua-ácido acéü ^r _ w 5co-metilisobutilcetona. f

9

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§ 500

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J\EXPERIENCIAS

utu,-ai-m »

, 1 , , ,

-

El gasto de la fase continuainfluye en menor grado en la dis-torsión de las gotas, y para unmismo gasto de la fase dispersa,al aumentar el gasto de la fasecontinua, se produce un ligeroachatamiento en el frente de la g£ta.

Cuando la fase etérea fue la •fy •»dispersa, se ha comprobado quelas paredes de la columna ejercenuna marcada influencia en el movi_ Figura 15miento de las gotas. Las gotas queascienden por el centro lo hacen más de prisa y siguiendo la mejor trayec-toria vertical que aquellas que ascienden por los laterales y cerca de lasparedes, que siguen una trayectoria en ligera espiral. Cuando la fase acuo-se fue la dispersa, este efecto no pudo ser observado, porque se formabaun rosario de gotas que descendían por el centro de la columna. Ya O'Brieny Gosline (18) demostraron que las gotas siguen mejor la trayectoria verti-cal cuanto más pequeño es el diámetro de la columna, aunque la velocidad

Page 27: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

23

de ascenso de las gotas disminuye con el d iámet ro de la misma. Morello yPoffenberger (19), para evi tar t r ayec to r i a s en e sp i r a l de las gotas , queprovocan reci rculación en la fase continua, proponen sust i tui r las columnasde d iámet ro grande por ex t r ac to res formados por va r i a s columnas pa ra l e -las de d iámetro pequeño.

Rubin y Lehman (14) han discutido los datos dados an ter iormente porotros invest igadores y han encontrado que las HTU totales son función l i -neal del gasto de la fase correspondiente y del inverso del gasto de la faseopuesta.

P a r a las cinco s e r i e s de exper iencias las cor re lac iones de HTUT-T-* enfunción de E y de l /R son rec tas bien definidas y que, prescindiendo depequeñas desviac iones , quizá originadas por el e r r o r con que vienen afecta-dos los da tos , pasan por el origen.

En las representac iones de HTUE'j< frente a E la variación de aquéllaes l ineal con respecto a E , y el coeficiente angular de las rec tas dependede R . Po r tanto , se puede suponer que se cumple para los haces de rec tasla ecuación

H T U £ T - f (R) i (12)

T A B L A VI

Valores de HTU individuales obtenidos de las reprjesentaciones de HTUE-T> frente a m E/R

B C D

H T U R , cm 43 88 13,8 22,3

H T U £ , cm 46 137 15 25

T A B L A V I I

Valores de las HTU individuales obtenidos de lasrepresen tac iones de H T U - D T ^ r e n t e a

D

H T U R , cm 43 88 1 3 ,5 22,5

H T U E , cm 46 ,5 136 1 4 , 5 25,8

Page 28: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

24

Suponiendo que f(R) = aR , se obtiene para todas las series quen = - 1 y que a depdende del tipo de columna, de la fase que se dispersa yde la concentración inicial de la fase etérea. En la tabla VIII se dan los va-lores de a para todas las series de experiencias. Las ecuaciones obtenidassólo son aproximadas y aplicables exclusivamente para el intervalo de gas-tos estudiados, ) asi', la representación de HTUE-p frente a E/R , en algunaserie, da lineas que no son totalmente rectas, presentando una ligera curvatura. Los valores calculados para HTUj .-p presentan desviaciones máximasdel 10 al 20 por ciento.

T A B L A VIH

Valores de a correspondientes a la ecuación (12)

Concentración inicialdel refinado A ' A B C D

5-6 %

15-17 % 200

30-32 %

Estos resultados están de acuerdo con los dados por Rubín y Lehman(14), y de la misma forma se comportan los dados por Laddha y Srnith (20)Brinsmade y Bliss (15), Sherwood, Evans y Longcor (21), Allerton, Stromy Treybal (22) y Koffolt, Row y Withrow (23).

La influencia de la concentración ensayada en las experiencias A, B,C y D es. tal, que a concentraciones iniciales altas o bajas correspondenHTU bajas o altas, respectivamente. Sólo en aquellos casos en que la HTUvaría poco con los gastos (por ejemplo HTUJ^-J para las series C y D) lainfluencia de la concentración es pequeña. Esto está de acuerdo con lo halla_do por Crittenden y Hixson (7) para la extracción de HCl con pentanoles apartir de soluciones acuosas del mismo; y por Geankoplis y Hixson (6) enla extracción de FeCl.3 de soluciones de HCl con éter ísopropilico.

El coeficiente K-p , basado en la fase acuosa varía con los gastos delas fases; especialmente con el de la fase etérea, siendo más acusada lavariación cuando esta fase es la dispersa. K r depende muy poco de Ey para gastos bajos de la fase etérea esta dependencia es lineal. Estos re-sultados guardan analogía, desde el punto de vista cualitativo, con los ob-tenidos por Appel y Elgin (24), estudiando el sistema ácido benzoico-tolue-no-agua en columnas de pulverización y de relleno, con sentido de extrac-

430

179

69

678

335

149

310

115

60

480

183

120

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25

ción de tolueno a agua ; y con los de Sherwood, Evans y Longcor (21). Enel caso de solutos inorgánicos, Kylander y Garwin (8) encuentran que loscoeficientes dependen de las dos fases cuando extraen con alcohol caprilicouna solución clorhídrica de

Los valores obtenidos para K-g y K^ indica^ que éstos son ma-yores usando la fase etérea como dispersa, cualquiera que sea la relación

y el tipo de columna empleado.

NOMENCLATURA

a. Superficie específica de transmisión, cm /cm .

E,. Gasto del extracto, fase acuosa, g/min.

E, Velocidad másica de la fase acuosa, g/min . cm¿.

H, Altura de columna, cm.

HETP, Altura equivalente a un piso teórico, cm.

HTU, Altura de una unidad de transmisión, cm.

K . a. Coeficiente total de transmisión de masa x superficie específicade transmisión g soluto/(min) (cm ) (g soluto/g solución).

k . a, Coeficiente individual de transmisión de masa x superficie espe-cífica de transmisión g soluto/min) (cm ) (g soluto/g solución).

In, Logaritmo neperiano.

m , Pendiente de la curva de equilibrio.

N, Cantidad de soluto transmitido, g soluto/min.

n, Número de platos teóricos.

R, Gastos del refinado, fase etérea, g/min.

R, Velocidad másica de la fase etérea, g/min . cm¿.

S, Sección transversal de la columna, cm .

U, Numero de unidades de transmisión.

x, Composición de la fase etérea g UO2(NO3)2/g solución,

Cornposición de la fase etérea en equilibrio con y.

Page 30: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

26

y, Composición de la fase acuosa g UOoÍNO^U/g solución

y*, Composición de la fase acuosa en equilibrio con x.

SUBÍNDICES

1, Sección inferior de la columna.

2, Sección superior de la columna.

E, Extracto, fase acuosa.

R, Refinado, fase etérea.

T, Valor total.

Page 31: J. E.N. 25-DMa/l 1 JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

27

B I B L I O G R A F Í A

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J. E.N. 25-DMa/l 1 JT15, TI UCZ(NO3)¿

Junta de Energía Nuclear, División de Materiales, Madrid

"El sistema nitrato de uranilo-eter dietilico-agua. Extracción de nitrato de uranilo con aguaa partir de disoluciones etéreas en cclurnnas depulverización y üe relleno"

PÉREZ LUÍ ÑA, A., y GUTIÉRREZ JODRA, L. (1960) 28 pp; 15 f i gs . 8 tabls.2fr'.refs.

Este informe es continuación del publicado en Chemical Engineering Progress.

Symposium Series, 50, n- 12, 127 (1954). Se describen nuevos ensayos en colum

ñas de pulverización y para otras concentraciones de ni t rato de uranilo en

columnas de rel leno. Asi mismo se dan nuevas correlaciones para las H.T.U.

totales.

Las H.T.U. individuales se han calculado gráficamente encontrándose que

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Junta de Energía Nuclear, División de Materiales, Madrid

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agua. Extracción de nitrato de uranilo con aguaa partir de disoluciones etéreas en columnas depulverización y de relleno"

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dientes de la concentración de la fase etérea.

Las variables estudiadas para las columnas de pulverización y relleno son:

velocidad de f lu jo de ambas fases, la concentración.inicial de la fase, y l a

fase ut i l izada como continua. El sentido de la extracción fue siempre áé éter

a agua.

Los valores experimentales obtenidos se comparan con los dados por otros

autores para varios sistemas orgánicos e inorgánicos.

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Las variables estudiadas para las columnas de pulverización y relleno son:

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Los valores experimentales obtenidos se comparan con los dados por otros

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Ex t rac t ion by water i n spray and packed columnsfrom uranyl nitrate-ether solutionsl'PÉREZ LUIÑA, A. y GUTIÉRREZ JODRA, L. (1960)28 pp. 15 flgs. 8 tabls. 24 refs.

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Junta de Energía Nuclear, División de Materiales, Madrid"The system uranyl nitrate-dietyl ether-water.

Extraction by water in spray and packed columnsfrom uranyl nitrate-ether solutionsl'PÉREZ LUiÑA, A. y GUTIÉRREZ JODRA, L. (1960)28 pp. 15 flgs. 8 tabls. 24 refs.

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This paper is a continuation of the one published in Chemical EngineeringProgess. Symposlum Series, 50, nB 12, 127 (1 QS't). New runs for spraycolumns.are ..given ánd'.otber concentrations 1n uranyl nitrate for the packedcolumns. New correlations for the overall H.T.U. are also given.

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J. E.N. 25-DMa/l 1 JT15, TI UO2(NO3)2

Junta de Energía Nuclear, División de Materiales, Madrid"The system uranyl nitrate-dietyl ether-water.

Extraction by water in spray and packed columnsfrom uranyl nitrate-ether solutionsl'PÉREZ LUIÑA, A. y GUTIÉRREZ JODRA, L. (1960)28 pp. 15 flgs. 8 tabls. 24 refs.

This paper is a continuation of the one published in Chemical EngineeringProgess. Symposium Series, 50, n8 12, 127 (1954)Í New runs for spraycolumns are given and other concentrations in uranyl nitrate ibr the packedcolumns. New correlations for the overall H.T.U. are also given.

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Junta de Energía Nuclear, División de Materiales, Madrid"The system uranyl nitrate-dietyl ether-water.

Extraction by water in spx*ay and packed columnsfrom uranyl nitrate-ether solutions".PÉREZ LUIÑÁ, A. y GUTIÉRREZ JODRA, L. (1960) 28pp. 15 f i g s . 8 t a b l s . 24 r e f s .

This paper is a continuation of the one published in Chemical EngineeringProgess. Symposium Series, 50, ns 12, 127 (1954). New runs for spraycolumns are given and other concentrations in uranyl nitrate for the packedcolumns. New correlations for the overall H.T.U. are also given.

TMr.individual H.T.U. have been graphycally calculated and show that thefilm resistances have similar valúes, being independent of the concentrationof the ether phase.

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