AUTOMATA REAKTOR. Kémiai Technológia Gyakorlat

Hasonló dokumentumok
Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

Kiegészítő desztillációs példa. 1. feladatsor. 2. feladatsor

9.3 Szakaszos adiabatikus reaktor vizsgálata

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

1. feladat Összesen 25 pont

2. Technológiai rendszerek- Sisteme de producţie

Lemezeshőcserélő mérés

Folyamatos, kevert tartályreaktor vizsgálata

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

5. Sók oldáshőjének meghatározása kalorimetriás módszerrel. Előkészítő előadás

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

Food Processing Equipment. NEAEN Unicook ATMOSZFÉRIKUS NYOMÁSON SZAKASZOSAN ÜZEMELŐ FŐZŐÜST

Gőz-folyadék egyensúly

Többjáratú hőcserélő 3

8.8. Folyamatos egyensúlyi desztilláció

NEAEN VarioT KAPARTFALÚ HŐCSERÉLŐ

MŰANYAG HULLADÉK HASZNOSÍTÓ BERENDEZÉS

DL drainback napkollektor rendszer vezérlése

Fázisátalakulások vizsgálata

Ellenáramú hőcserélő

A problémamegoldás lépései

Az extrakció. Az extrakció oldószerszükségletének meghatározása

Hogyan mûködik? Mi a hõcsõ?

Alvin Kereskedőház Zrt. CIEMME oldószer regeneráló és eszköz mosó berendezések

Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

1. feladat Összesen 8 pont. 2. feladat Összesen 18 pont

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Projektfeladatok 2014, tavaszi félév

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Gépészeti Eljárástechnika Tanszék. Szakaszos rektifikálás mérés

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Food Processing Equipment. NEAEN Cook n chill SZAKASZOSAN ÜZEMELŐ FŐZŐ ÉS FAGYASZTÓ-BERENDEZÉS

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Linia PastaCook TÉSZTAFŐZŐ ÉS HŰTŐGYÁRTÓSOR

Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározása különböző módszerekkel

Folyamatirányítási Fejlesztési Kft. Chemiflex Compact. H-1043 Budapest, Dugonics u.11. Telefon: Fax:

hőátadás, hőátvitel, hőcsere Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológiai Intézet

Hőszivattyús rendszerek

BEPÁRLÁS. A bepárlás előkészítő művelet is lehet, pl. porlasztva szárításhoz, kristályosításhoz.

5. Laboratóriumi gyakorlat

Hőtan I. főtétele tesztek

Pozitron emittáló izotópok. [18F]FDG előállítása. Általunk használt izotópok. Magreakció: Dual Beam 18F. Felezési idő (min) 109,7

Működésbiztonsági veszélyelemzés (Hazard and Operability Studies, HAZOP) MSZ

1. feladat Összesen 21 pont

KÖZEG. dv dt. q v. dm q m. = dt GÁZOK, GŐZÖK ÉS FOLYADÉKOK ÁRAMLÓ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE MÉRNI LEHET:

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

1. feladat Összesen: 7 pont. 2. feladat Összesen: 8 pont

ROTAMÉTER VIZSGÁLATA. 1. Bevezetés

Művelettan 3 fejezete

8. oldaltól folytatni

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Folyamatok tervezése és irányítása - BME VEFK M /19/02 Oktatók: Dr. Mizsey Péter, Dr. Havasi Dávid, Stelén Gábor, Dr. Tóth András József

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Használati meleg víz termelés

IX. Alkalmazott Informatikai Konferencia Kaposvári Egyetem február 25.

A jegyzőkönyvvezetés formai és tartalmi követelményei

Vegyipari műveletek III. Kémiai reaktorok

Megújuló energiaforrások

Hulladékfogadás, együttes rothasztás, biogáz hasznosítás hatékonyságának növelése a DÉL-PESTI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEPEN

1. számú ábra. Kísérleti kályha járattal

MOSÓ, STERILIZÁLÓ ÉS SZÁRÍTÓ SZÁLLÍTÓSZALAG BERENDEZÉS

TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása

Termodinamika (Hőtan)

Ózon fertőtlenítéshez és oxidációhoz ProMinent Környezetbarát ózon előállítás és adagolás

Lemezes hőcserélő XGF , -035, -050, -066

A keverés fogalma és csoportosítása

Csőköteges hőcserélők korrózióálló / saválló acélból Típus: EHC6; EHC13; EHC20; EHC26 Általános ismertető

Termodinamika. 1. rész

TOLNATEJ ZRT Szekszárd, Keselyűsi út 26. KAZÁNHÁZI REKONSTRUKCIÓ. Gőzkazán rendszer. Vízkezelés. Budapest, december.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

Az alábbi rövid anyagban néhány hasznos tanácsot szeretnék adni Daikin Altherma levegő-víz hőszivattyús rendszerek tervezéséhez kivitelezéséhez.

Kontrollált erjesztés

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérési jegyzőkönyvet javító oktató tölti ki! Kondenzációs melegvízkazám Tanév/félév Tantárgy Képzés

Kémiai reakciók sebessége

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

AZ ALUMINUM KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA LÚGOS KÖZEGBEN

Fázisátalakulások vizsgálata

ÜZEMBEHELYEZÉSI ÚTMUTATÓ CPC U-Pipe vákuumcsöves kollektorhoz

1. feladat Összesen: 26 pont. 2. feladat Összesen: 20 pont

ÉLELMISZERIPAR ISMERETEK

MIÉRT MÉRJÜK MEG AZ ELŐKELTETŐGÉP HŐMÉRSÉKLET-EGYENLŐTLENSÉGÉT?

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

Hőszivattyúk - kompresszor technológiák Január 25. Lurdy Ház

1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

Szakaszos üzemű folyadékkeverő berendezés vezérlése A technológiai feladat két különböző folyadék összeelegyítése és adott hőmérsékletre melegítése.

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék HALLGATÓI SEGÉDLET

REAKCIÓKINETIKA ÉS KATALÍZIS

ÉPÜLETGÉPÉSZET ISMERETEK

Fázisátalakulások vizsgálata

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

FOLYAMATOS ÜZEMŰ SZÁLLÍTÓSZALAG- BERENDEZÉS MÉLY OLAJSÜTŐ

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Átírás:

AUTOMATA REAKTOR Kémiai Technológia Gyakorlat Az iparban számos különböző reaktor típust használnak a laboratóriumi munkában is megszokott reakciók kivitelezésére. A reaktorokban lejátszódó folyamatok is kivitelezhetők akár ugyanolyan reakciókörülmények között, mint a laboratóriumi munka során, de legalább egy paraméterben mindenképp eltérnek tőle, a reaktor edény méretében (és az elreagáltatott anyagok mennyiségében). Ez az eltérés alapvető szerepet játszik az ipari szintézisek tervezésénél. Gondoljunk először arra, hogy egy laborreakció során a reakció elegyet a lombik falán keresztül tudjuk fűteni, tehát fontos a reaktor felületének és térfogatának az aránya. Térfogategységre jutó hasznos hőcserélő felület egy gömb alakú edényre: A felszín térfogat arány függ a mérettől! Egy 250 cm 3 -s lombik félig meg van töltve adott reakcióeleggyel. A reakcióelegy egységnyi térfogatára jutó hőcserélő felület: 0,77 cm 2 /ml. Ugyanez az arány egy 1 m 3 -es reaktor esetében: 0,048 cm 2 /ml. Ebből látható, hogy egy méretnövelés során a reakcióelegy fűtése és hűtése nehezebben megoldható a laboratóriumi méretekhez képest. Egy reakció méretnövelése során további problémák is adódnak, ilyen például még az elegy homogenizálása és megfelelő kevertetése. Ezért ipari eljárások tervezése során a laboratóriumban megvalósított reakció nagyüzembe történő átvitele előtt alaposan meg szokták vizsgálni a reakció méretnövelhetőségét. A gyakorlat során egy automatizált modell reaktorral fogunk dolgozni és a mért paraméterek alapján megpróbálunk a vizsgált reakció méretnövelhetőségére becsléseket végezni. A reaktorok típusai és üzemeltetési módjaik: Először tekintsük át röviden az iparban leggyakrabban használt reaktortípusok tulajdonságait különös tekintettel a szakaszos kevert tartályreaktorokéra. A reaktorokat termikus szempontból két nagy csoportra oszthatjuk: beszélhetünk izoterm és adiabatikus reaktorokról. Az első eset akkor áll fenn, ha a reakcióelegyet állandó hőmérsékleten tartjuk (folyamatos hűtés vagy forralás), a második eset pedig akkor, ha a reakcióelegy és a köpeny között nincs hőcsere. A gyakorlatban a reaktorok a két határeset között működnek. (Mi a gyakorlaton izoterm körülményeket próbálunk majd megvalósítani.) A reaktorok üzemeltetési módját tekintve beszélhetünk szakaszos, félfolyamatos és folyamatos üzemű reaktorokról. Szakaszos reaktorokat rendszerint kis mennyiségű termékek előállítására használnak, így például a gyógyszeriparban vagy a finomvegyiparban. A szakaszos reaktorok beruházási költsége általában alacsonyabb, mint a folyamatos üzeműeké és univerzálisan használhatók több fajta reakcióhoz is, vagyis ez egy rugalmas gyártási módszer, amelyben könnyen át

lehet állni más termékek előállítására is. A lassabb reakciókat szintén szakaszos reaktorban érdemes elvégezni, folyamatos reaktorokban rendszerint a gyors reakciók kivitelezhetők. Előnye még a szakaszos reaktornak a folyamatos üzemmel szemben, hogy egyetlen edényben egymás után több művelet is végrehajtható. Így a felmelegítés, reagáltatás, forralás, lehűtés, desztillálás, kristályosítás, bepárlás; míg folyamatos üzemben minden művelethez külön berendezés szükséges. Ugyanakkor a szakaszos reaktorok üzemeltetése jelentős emberi munkát és felügyeletet igényel. A szabályozást, a műveletek egymás utáni indítását, stb. A szakaszos üzem automatizálása nehezebben megoldható, mint a folyamatos üzemé. A szakaszos üzem hátránya még, hogy jelentős holtidővel kell számolni. Holtidőnek számítanak azok az időintervallumok, amik nem hasznosak közvetlenül a termék előállítása szempontjából. Holtidő a reaktor ürítése, tisztítása, töltése, melegítése és hűtése. Folyamatos üzemű reaktorokat rendszerint a nagymennyiségben előállított anyagok gyártása során használnak. A folyamatos üzemű rendszerek automatikus szabályozása könnyebb. Bár kiépítésük nagyobb beruházást igényel, az állandó aktív munkaerő kisebb. A könnyebb szabályozás segítségével a reakciókörülmények állandó érték közelében tarthatók, így az előállított termék minősége is állandóbb. Nincs holtidő, ugyanakkor a folyamatos üzemű rendszer csak egy termék előállítására alkalmas. Új termék előállítására rendszerint új berendezések beszerzése szükséges. Nagyon gyors, exoterm reakciók esetében a reaktáns adagolása folyamatosan történik. Így a reakció sebessége és a hőmérséklet az adagolás sebességével szabályozható. Ezt félfolyamatos eljárásnak nevezzük. Ezekben az esetekben veszélyes lehet a nem megfelelően megválasztott adagolási sebesség, ami a reagens felhalmozódásához, túlzott hőfejlődéshez és mellékreakciókhoz, esetleg balesethez vezethet. Előnyös lehet még a félfolyamatos üzem akkor is, ha a kívánt szelektivitáshoz a reagens kis koncentrációja szükséges. A kevert tartály: A folyadékfázisú reakciók leggyakrabban használt reaktortípusa a kevert tartály. Szakaszos és folyamatos gyártásnál is egyaránt használják. A tartályt rendszerint köpeny veszi körül, melyben a termosztáló közeg kering. A köpenyben az áramlási sebesség kicsi, a hőátadási viszonyok rosszak. A közeg áramlásának az irányát úgy választják meg, hogy az a természetes konvekció irányával megegyező legyen (hűtés közben lentről felfelé, melegítés során fentről lefelé). A hőátadó felület növelését különböző segédeszközökkel érik el. A reakcióelegybe merülő csőkígyó vagy a tartályon kívül elhelyezett csőköteges hőcserélő biztosítja a hőcserélő felület növelését. Ez utóbbi a gőzfázis kondenzálására is használható. Az izoterm körülmények biztosítására jól bevált módszer, hogy a reakciót az elegy forráspontján végezzük. Ilyenkor a reakcióhő forráshő formájában távozik a rendszerből.

Az automata reaktor felépítése és használata: Az automata reaktor egy 250 cm 3 hasznos térfogatú edényből és az azt kiszolgáló apparátusból álló kevert tartály: dupla falú termosztálható üst (duplikátor) (1), keverő (2), hűtő (3), mérlegek (4), vegyszerpumpák (5), hőmérők (6-10), hőfluxus mérők (11), termosztát (6) és számítógépes vezérlés. A mérés célja egy reakció termodinamikai paramétereinek a mérése és az üzemi megvalósítás modellezése. A készülék felépítése: 3 2 12 10 9 5 7 8 6 11 13 4 1 Hőmérők: termosztát (6) fürdőköpeny (ki- és belépő (7))

reakcióelegy (8) kondenzátum (9) hűtővíz (ki- és belépő (10)) Hőfluxusmérők: az edény falán keresztül áramló hő mérése (hőcsere hatékonysága a termosztáló közeg és a reakcióelegy között) (11) folyadékszint meghatározása (hasznos hőcserélő felület számítása) Termosztát: a duplafalú köpenyben keringetett folyadékkal termosztálja a reakcióelegy hőmérsékletét (6). Mérhető a fürdő hőmérséklete a köpenyben a kilépő és a belépő pontnál (7). Mérlegek: betáplált reagensek mennyiségének mérése (4) Vegyszerpumpák: adagolás szabályozása (5) Hűtő: Keverő: Fűtőszál: refluxhűtő (3). Mérhető a kondenzátum hőmérséklete (9), a hűtővíz kilépő és belépő hőmérséklete (10), valamint az áramlási sebessége (12). a reakcióelegy keverését végzi (2). 0-600 r/min között szabályozható. a reakcióelegybe merülve, azt közvetlenül képes fűteni (13). A kalibrációnál használjuk. A felsorolt paraméterek alapján a mérési adatokból meghatározható a reakció során használt hőcserélő felület nagysága, a hőátadási koefficiens és a reakcióhő. Kiszámolhatók további paraméterek is, melyek a méretnövelésnél szintén számottevőek, pl. a reagens akkumulációja. Az eddigiek összegzéseképp a szabályozható és meghatározható paraméterek: Szabályozható: 1. kevertetés 2. adagolás 3. fürdőköpeny hőmérséklet Mérhető: 1. hőmérséklet (termosztát, reakc. elegy, kondenz., hűtő) 2. hőfluxus 3. folyadékszint 4. reagensek tömege Ezen felül pedig a további, számolással meghatározható paraméterek: 1. hasznos hőcserélő felület 2. hőátadási koefficiens 3. betáplált és elnyelt hő 4. reakcióhő 5. akkumuláció a reagens beadagolása végén A mérés végrehajtása: A készülék előkészítése után megszerkesztjük a mérési programot. E szerint fogja a számítógép vezérelni a mérést az adagolástól kezdve az utolsó mérési pontig. A programban szerepelnie kell a reagensek beadagolásának, a folyamatos kevertetésnek és a kalibrációs lépéseknek. Az adatgyűjtés a program kezdetétől a program végéig folyamatosan tart. Egy példa egy egyszerű reakció programjára:

1. We add 250.00 g of water through instrumentally of the pump #2 with a flow of 50.00 g/min. with a flow of 50.00 g/min 2. We stir the reaction medium to 350 3. We regulate the temperature 20 C 4. We wait 25 minutes 5. We evaluate the Cp to T J-T M= 7.0 C during 14 minutes. 6. We wait 25 minutes 7. We calibrate the reflux system 8. We wait 20 minutes 9. We add 102.00 g of acetic anhydride through instrumentally of the pump #1 with a flow of 20.00 g/min. with a flow of 20.00 g/min 10. We wait 1 hour(s) 11. We calibrate the reflux system 12. We wait 20 minutes 13. We evaluate the Cp to T J-T M= 7.0 C during 14 minutes. 14. We wait 25 minutes A mérés végeztével a kiértékelés is automatikusan történik, néhány paraméter beállítása mellett. Egy ilyen mérési program után kapott tipikus hőmérséklet-idő függvény: kalibráció reagens beadagolásának kezdete kalibráció A kiértékelés során a hőmérséklet-, hőfluxus- vagy tömeg-idő függvényeken beállított pontok (beadagolás kezdete, vége, reakció vége, stabil hőmérsékleti szakaszok) alapján automatikusan történik a kiértékelés.

A megkapott eredmények alapján a reakcióentalpia, a hőátadási tényező, az akkumuláció és a reakció lejátszódásához szükséges idő ismeretében végezzünk becslést a nagyüzemi reaktor kivitelezésére! 1. Milyen hőmérsékletemelkedést tapasztalnánk, ha a reagenst egyszerre tennénk bele (nem adagolnánk)? Mennyi idő alatt állna vissza az eredeti hőmérséklet? (Kis méret és nagy méret esetén (pl.: 1 mol 10 kmol).) 2. Mit tapasztalnánk, ha nagy méret esetén (10 kmol) is ugyanannyi idő alatt adagolnánk hozzá a reagenst, illetve ha ugyanolyan áramlási sebességgel adagolnánk? Mit tudunk megállapítani a hőmérsékletemelkedésről, a visszahűtés sebességéről és az akkumulációról? 3. Készítsünk vázlatos tervet egy kevert tartály reaktorról! A reaktor legyen duplafalú, csőkígyóval ellátott reaktor, mely ugyanolyan hőátadási tényezővel rendelkezik, mint a modell reaktor! Mekkora tartály és mekkora csőkígyó szükséges, hogy a folyamat hasonló idő alatt kivitelezhető legyen (10 kmol-esetén)? Hogyan történne az adagolás?