SMB-laitteiston suunnittelu hydrometallurgisiin sovelluksiin
Suppula, Ilkka (2011)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201105051512
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201105051512
Tiivistelmä
Työn tarkoituksena oli suunnitella, ohjelmoida ja koekäyttää SMB-laitteisto (Simulated Moving Bed) hydrometallurgisiin erotuksiin. Simuloitu liikkuvapeti saadaan aikaan vaihtamalla sisään- ja ulostuloporttien paikkaa nestevirran suuntaan. Tällöin aikaansaadaan kiintoaineen vastavirtaus minkä johdosta erotustehokkuus kasvaa. Komponenttien retentiotaipumuseroista johtuen komponentit liikkuvat eri nopeuksilla kolonnijärjestelmässä. Enemmän pidättäytyvät komponentit liikkuvat nestevirtaa vastaan ja vähemmän pidättäytyvät komponentit nestevirran mukana.
Hydrometallurgiassa vastavirtauksen käyttöä ei ole tieteellisissä julkaisuissa käsitelty laajalti ja saatavilla oleva informaatio onkin kaupallisten yritysten tuottamaa. Hydrometallurgiassa vastavirtausta käyttävissä ioninvaihtolaitteistoissa hyödynnetään irrallisia regenerointivyöhykkeitä. Venttiilijärjestelmän osalta päädyttiin ratkaisuun jossa käytetään yhtä kiertoventtiiliä kullekin virralle, minkä lisäksi kolonnien väleillä käytetään solenoidiventtiiliä. Tämä järjestelmä mahdollistaa yleisimpien SMB-menetelmien käytön mukaan lukien irralliset vyöhykkeet.
Laitteiston ohjauksesta vastaa LabVIEW 2010:llä ohjelmoitu ohjelmisto, joka sisältää kaikkien tarvittavien laitteiden ohjausrutiinit. Se mahdollistaa venttiilien synkroniset ja epäsynkroniset vaihdot. Laitteiston puhdistusta varten on ohjelmistoon rakennettu oma rutiini venttiilejä varten. Pumppujen osalta ohjelmisto mahdollistaa vakiovirtauksen sekä lineaaristen ja porrasmuotoisten gradienttien käytön. Ongelmatilanteita varten ohjelmisto valvoo pumppujen ja venttiilien toimintaa ja pysäyttää laitteiston tarvittaessa. Koekäytön avulla pystyttiin todentamaan laitteiston toimivuus. The purpose of this work was to design, program and test SMB equipment for hydrometallurgical separations. Simulated moving bed is attained by changing inlet and outlet ports periodically to the direction of liquid flow. This will develop discontinuous countercurrent movement of solid towards liquid, which leads to increasing separation efficiency. Due to differences between the components’ retention tendency, the components move with different speeds in columns. More attained components move against liquid current and less attained components move to same direction as the liquid.
Use of countercurrent movement in hydrometallurgical separations is not found broadly in scientific articles and available information comes mainly from commercial companies. Equipment that use countercurrent movement in hydrometallurgical separations use disconnected regeneration zones. In valve design phase, the decision was to use one rotary valve to each stream and one solenoid valve between columns. This design enables the utilization of common SMB methods including use of disconnected zones.
The program responsible for controlling the equipment is programmed with LabVIEW 2010 and it includes all control routines for instruments. The program enables the user to use synchronous and asynchronous valve switches, and there is also a routine for cleaning purposes. For pumps, a user can use constant flowrate and linear or step gradients. The program is also monitoring pumps and valves, and it will stop the equipment in error situation. By test runs the performance of the equipment was verified.
Hydrometallurgiassa vastavirtauksen käyttöä ei ole tieteellisissä julkaisuissa käsitelty laajalti ja saatavilla oleva informaatio onkin kaupallisten yritysten tuottamaa. Hydrometallurgiassa vastavirtausta käyttävissä ioninvaihtolaitteistoissa hyödynnetään irrallisia regenerointivyöhykkeitä. Venttiilijärjestelmän osalta päädyttiin ratkaisuun jossa käytetään yhtä kiertoventtiiliä kullekin virralle, minkä lisäksi kolonnien väleillä käytetään solenoidiventtiiliä. Tämä järjestelmä mahdollistaa yleisimpien SMB-menetelmien käytön mukaan lukien irralliset vyöhykkeet.
Laitteiston ohjauksesta vastaa LabVIEW 2010:llä ohjelmoitu ohjelmisto, joka sisältää kaikkien tarvittavien laitteiden ohjausrutiinit. Se mahdollistaa venttiilien synkroniset ja epäsynkroniset vaihdot. Laitteiston puhdistusta varten on ohjelmistoon rakennettu oma rutiini venttiilejä varten. Pumppujen osalta ohjelmisto mahdollistaa vakiovirtauksen sekä lineaaristen ja porrasmuotoisten gradienttien käytön. Ongelmatilanteita varten ohjelmisto valvoo pumppujen ja venttiilien toimintaa ja pysäyttää laitteiston tarvittaessa. Koekäytön avulla pystyttiin todentamaan laitteiston toimivuus.
Use of countercurrent movement in hydrometallurgical separations is not found broadly in scientific articles and available information comes mainly from commercial companies. Equipment that use countercurrent movement in hydrometallurgical separations use disconnected regeneration zones. In valve design phase, the decision was to use one rotary valve to each stream and one solenoid valve between columns. This design enables the utilization of common SMB methods including use of disconnected zones.
The program responsible for controlling the equipment is programmed with LabVIEW 2010 and it includes all control routines for instruments. The program enables the user to use synchronous and asynchronous valve switches, and there is also a routine for cleaning purposes. For pumps, a user can use constant flowrate and linear or step gradients. The program is also monitoring pumps and valves, and it will stop the equipment in error situation. By test runs the performance of the equipment was verified.