CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för kemi- och bioteknik

Transkript

1 CHAMER TEKNIKA HÖKOA Institutionen för kei- och bioteknik KURNAMN Bisoseprtionsteknik, KAA50 RORAM: nn åk / läsperiod Civilingenjörsprogr bioteknik årskurs 3 läsperiod 3, EAMINATOR Krister trö TID FÖR TENTAMEN OKA HJÄMEDE AN ÄRARE: nn besöker tenten telnr DATUM FÖR ANA v resultt st v tid och plts för grnskning Onsdg 8 rs 006, kl lfri räknedos v stndrdtp. "Dt och Digr" v ven-erik Mörtstedt/unnr Hellsten Tbeller och Digr v unnr Hellsten "hsics Hndbook" v Crl Nordling/Jonn Östern "BETA β" v ennrt Råde/Bertil Westergren Forelbld vilket bifogts tentenstesen Krister trö c. kl och 7.00 vr till beräkningsuppgifter nslås tisdg 8 rs på kurshesidn studieportlen. Resultt på tenten nslås senst fredg 4 rs efter kl.00. rnskning tisdg 7 rs st torsdg 9 rs kl i biblioteket på Keisk pprtteknik, forskrhus I pln. ÖRI INFORM. Tenten består v teoriproble, del A, och en beräkningsdel, del B. Ofttningen v del v är 0% v totlpoängen på tenten oäng på respektive uppgift finns notert i tentenstesen. För godkänd tenten fordrs 50% v tentens totlpoäng. tlig digr och bilgor skll bifogs lösningen v tentensuppgiften. Digr och bilgor kn ej kopletters ed vid senre tillfälle. Det är Ditt nsvr tt Du besitter nödvändig kunskper och färdigheter. Det teril so Du länr in för rättning skll vr väl läsligt och förståeligt. Mteril so inte uppfller dett koer tt uteläns vid bedöningen.

2 Del A: Teori A. Redogör ed hjälp v figuren nedn för vd so händer, då en blndning v ceton och klorofor, där klorofor hr olbråket 0., upphetts från från 55 C till 65 C vid ett konstnt trck v br! Antg tt blndningen upphetts i en behållre, so är så konstruerd tt trcket kn hålls vid br en tt något teril inte kn län den s. 4p A. d hr återflödet för funktion vid seprtionsetoden destilltion? Bekt sstrnsport- och energispekter! A3. d är den principiell skillnden elln fsiklisk bsorption, bsorption ed keisk rektion och dsorption? 4p 3p A4. Hur koer verkningsgrden tt förändrs i en bottenkolonn under en bsorptionsprocess o vi seprer ett sste so utvecklr ett blndningsväre vilket resulterr i en teperturökning? Hur kn dett prktiskt löss så tt en god verkningsgrd på processen erhålls? 4p A5. Redogör för hur lkgodsets och lkedlets egenskper påverkr lkningsförloppet! Hur kn n ordn för en så effektiv lkning so öjligt? 4p A6. Förklr hur en tllrikscentrifug fungerr! ör en enkel skiss och bifog någr rder ed förklrnde tet! p A7. Rit ett digr so visr hur trckfllet över en prtikelbädd vrierr ed gshstigheten geno bädden! Digret sk täck orådet från vilnde bädd till pulsernde! Mrker följnde i digret; Orådet för bubblnde bädd b Orådet för fst bädd c ägst gshstigheten för fluidistion Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu p

3 Del B: Beräkningsuppgifter B. En blndning v bensen och toluen seprers i en kontinuerligt rbetnde destilltionskolonn, utrustd ed återkokre och totlkondensor. eprtionen genoförs vid totltrcket 00 k. Det kokvr tillflödet till kolonnen, 00 kol/h, håller 45 ol-% bensen och resten toluen. Mn önskr en topprodukt so håller 0 ol-% toluen och tt 8% bserd på olbs v till kolonnen påförd bensen, i tillflödet, förs ut i bottenprodukten. Destilltionskolonnen rbetr vid ett ttre återflödesförhållnde v.0. Hur stor produktflöden erhålls från kolonnen? Hur ång idel bottnr fordrs för tt genoför seprtionen? ilken tepertur håller det kokvr tillflödet? Jäviktsdigr för ssteet bensen-toluen bifogs. ivn dt: steet bensen-toluen ntges uppträd idelt! o B Antoines ekvtion: log Hg A o C+ t C Antoinekonstnter: Koponent A B C Toluen p B. I en en-effektsindunstre sk.0 kg sockerlösning/s indunsts. Tillflödet hr en sockerhlt v 0 vikt-% och är kokvr. Indunstren drivs ed ättd ång, 0.75 kg/s, v 5 brs ättndstrck. Det skenbr väregenogångstlet hr bestäts till kw/ K och trcket i indunstren är br. Beräkn erforderlig väreöverföringsre st vdunstningsfktorn! ivn dt Entlpi för sockerlösningen beräkns geno H sockerlösning,t t [kj/kg] där är lösningens sockerhlt [vikt-%] och T är lösningens tepertur [ºC] Kokpunktsförhöjningen för sockerlösningen beräkns geno β [ºC] där är lösningens sockerhlt [vikt-%] Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu p 3

4 B3. id en provfiltrering v en uppslning ed 0 vikt-% fst, inkopressibl prtiklr i en filtreringspprt ed 0 filtreringst och konstnt trckfll, erhölls följnde shörnde värden elln filtrtvol och filtreringstid: t s Beräkn hur lång tid det tr tt fll filtret. Filterkkns tjocklek är 30 då filtret är fllt och dess porositet är Filtrtets densitet är 000 kg/ 3 och prtiklrns densitet är 3000 kg/ 3. 0p B4. Krossde oljefrön, innehållnde 0 vikt-% olj, lks i otströ. Etrktströen innehåller 50 vikt-% olj vilket otsvrr en utvinningsgrd v 90%. Ingående lösningsedel hen är fritt från olj. Från vrje idelt lkningssteg edföljer kg lösning per kg olösligt teril i underströen. Hur ång idel lkningssteg fordrs för seprtionen? Hur ång kg lösningsedel fordrs per 00 kg ingående krossde frön? 7p öteborg Krister trö Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

5 Bioseprtionsteknik Forelsling Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

6 TORKNIN D M M M & & & Δ Δ ABORTION ätningshstigheten: B W ρ W > 0-5 /s för ringr ed dieter elln 5 och 75, och för gller ed delning indre än 50. W > /s för större pckningsteril. Bindelinjens lutning: k C k T i i ckningshöjd: id låg hlter: e T i T e i d C K d C k Z d K d k Z e T i T e i d C K d C k Z d K d k Z Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

7 id rät driftlinje och rät jävikts- kurv: ln ln C K Z K Z T id rät driftlinje och rät jäviktskurv gäller: O O H H H H H H + + FITRERIN v AR c A dt d + Δ α μ s v v J J J c ρ ρ ε ε ρ EDIMENTERIN Fri sedientering: μ ρ ρ 8 g D v s p Klrnre: v F A Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

8 MBOFÖRTECKNIN: TORKNIN M & flöde v vdunstt vtten, kg vtten/s D M & torrt luftflöde, kg torr luft/s M & torrt godsflöde, kg torrt gods/s luftfuktkvot, kg vtten/kg torr luft fuktkvot, kg vtten/kg torrt gods ABORTION ssöverförnde t per tornvol, / 3 C sb,flood kpcitetspreter, ft/s C T vätskns totlkoncentrtion, kol/ 3 e pckningens porositet, - F pckningsfktor, - F lv flödespreter, - g tngdccelertionen, /s gsflöde, kol/ s gsflöde, kg/ s inert gsflöde, kol/ s H höjd svrnde ot en ssöverföringsenhet, gsfil, H höjd svrnde ot en ssöverföringsenhet, vätskefil, H O höjd svrnde ot en ssgenogångsenhet, gsfsstorheter, H O höjd svrnde ot en ssgenogångsenhet, vätskefsstorheter, k ssöverföringstl, gsfil, kol/ st k K K ssöverföringstl, vätskefil, /s ssgenogångstl bsert på gsfsstorheter, kol/ st ssgenogångstl bsert på vätskefsstorheter, /s vätskeflöde, kol/ s vätskeflöde, kg/ s inert vätskeflöde, kol/s W vätningshstighet, /s jäviktskurvns lutning, - totltrck, t BB specifik t hos pckningsterilet, / 3 u gshstighet, /s u nf gshstighet vid flödning bserd på ktiv re, ft/s olbråk i vätskefs, - olbråksförhållnde i vätskefs, ol bsorberbrt/ol inert vätsk Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

9 olbråk i gsfs, - olbråksförhållnde i gsfs, ol bsorberbrt/ol inert gs Z pckningshöjd, μ vätskns dnisk viskositet, s μ W dnisk viskositeten för vtten vid 0 C, s ρ gsens densitet, kg/ 3 ρ vätskns densitet, kg/ 3 ρ W densiteten för vtten vid 0 C, kg/ 3 σ tspänning, dn/c N/ FITRERIN A filtreringsre, c förhållndet elln vikten v det fst terilet i filterkkn och filtrtvolen, kg/ 3 J ssbråk v fst teril i suspensionen, - Δ trckfll över filterkkn, R filterediets otstånd, - t filtreringstid, s erhållen filtrtvol under tiden t, 3 α v specifikt filtreringsotstånd, /kg ε v filterkkns porositet, - μ fluidens viskositet, s ρ fluidens densitet, kg/ 3 ρ s fst fsens densitet, kg/ 3 EDIMENTERIN A Klrnrens sedienttionst, D p prtikelstorlek, F suspensionsflöde, 3 /s g tngdccelertionen, /s v prtikelns sedienttionshstighet, /s μ fluidens viskositet, s ρ fluidens densitet, kg/ 3 ρ s fst fsens densitet, kg/ 3 Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

10 - lot for BENZENE nd TOUENE, 00 k por Coposition, Mole Frction BENZENE iquid Coposition, Mole Frction BENZENE Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

11 - lot for BENZENE nd TOUENE, 00 k por Coposition, Mole Frction BENZENE iquid Coposition, Mole Frction BENZENE Tenten i Bioseprtionsteknik Dtu

12 ösningr till tenten i Bioseprtionsteknik Tentensdtu: B. Dt: F 00 kol/h F 0.45 D 0.90 W W 0.08F F R.0 ökt: roduktflöden D och W Antl steg Tillflödets tepertur ösning: D, D F, F R W, W Totlblns: F D + W Koponentblns: F D + W F D W 0.9F FF DD FF D D D 46 kol/h W 54 kol/h F Övre driftlinjen kn teckns n R R + n+ D + R + Θ {Avskärning ed -el}0.30 Kokvrt tillflöde vilket betder lodrät q-linje vid F Nedre driftlinjen skps från punkten på digonlen so hr -koordinten 0.08FF W 0.07 till skärningspunkten elln övredriftlinjen och q- W linjen.

13 tegning ger nio steg dvs ått idel bottnr st återkokre. Jäviktssbndet för ett idelt sste kn teckns, lättflktig koponent bensen: o log o 760Hg A o 0.67 från digr 0.45 B t + C Teperturen erhålls till 93.6ºC vr: D 46 kol/h, W 54 kol/h. tegning ger nio steg dvs ått idel bottnr st återkokre. Teperturen erhålls till 93.6ºC

14 B. Dt: F.0 kg/s F kg/s 5 br U KB kw/ K br ökt: A / ösning:, F, F Totlblns: F + Koponentblns: F F äreblns: λ U AΔt KB Avdunstningsfktor: kenbr teperturskillnd: Δ t T Tillflödet F Kokpunktsförhöjningen beräkns ed givet sbnd till: β0 5ºC Ångtbellen ger lösningsedlets tepertur till ºC vid ngivet trck. Tillflödets tepertur blir ºC då hänsn ts till kokpunktsförhöjningen. Tillflödets entlpi beräkns från ngivet sbnd till H F kj/kg trtegi TT+β ; β beror v, och iss och iterer. iss T

15 Totlblns F.5kg / s F Koponentblns F 0. 3 β3 7.3 ºC T ºC H kj/kg H kj/kg Interpolert! äreblnsen ger 0.67 kg/s dvs issd. iss 0.67 kg/s tp v beräkningr görs enligt ovn lösningen ger tt 0.67 kg/s. Kpcitetsekvtionen ger A 36.7 A U λ KB Δt Avdunstningsfktorn beräkns till B3. Dt: J 0.0 A 0 30 ε 0.50 ρ 000 kg/ 3 ρ 3000 kg/ 3 t--dt givn filtrerförsök ökt: Tiden det tr tt fll filtrer! ösning:. Bestä filtrtvolen. Bestä α A och R! Kn görs indirekt!

16 M J M lurr Kk Filtrt A Fst teril Fst teril Fst teril M ätsk Kk Fst teril Fst teril + ε Fst teril + M ätsk ätsk Kk ρ ätsk i porer 0.30 M M ätsk 3 Fst teril Filtrt 0.5 Fst teril 800kg 3 450kg Filterekvtionen d dt μ A Δ α c R A A + so integrers till t μ α A c + AR A Δ vilket kn jäförs ed k + l Från givn filterdt bestäs k och l geno linjär regression till; k och l ed en korreltionskoefficient till.00 t k.65 + l t 993.s t tir och 35 inuter B4. Dt: 0 A 0.0 A 0.50 n+.00 A +.00 B 90% v tillförd olj utvinns ökt: Antl idel lkningssteg Mängd lösningsedel per 00 kg krossde frön. ösning: n+ n 0 n

17 eoetrisk ort för underströrn A + B.0 A Av tillförd olj, 0 kg, utvinns 90% i överströen dvs 0%, kg går ut i underströen. n Bild n A kg A n 0.04 B 80 kg B n Tringeldigr skps vrfrån n bestäer tt det fordrs idel lkningssteg. Med hävstångsregeln beräkns tt det fordrs c 40 kg lösningsedel.