Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Publikacja zgłoszona do 🎁 Konkursu iAutomatyka

Analiza procesów symulacji ekstrakcji za pomocą oprogramowania ChemCAD

101 wyświetleń, autor: Technolog Chemiczny.

Oprogramowanie ChemCAD możemy określić jako symulator procesowy. Jest to narzędzie wspomagające pracę technologów oraz inżynierów chemicznych w zaprojektowaniu lub badaniu danego procesu. Pozwala na wykonanie dokładnych obliczeń dotyczących reakcji chemicznych z uwzględnieniem wielu zmiennych, oszczędza czas oraz daje pewność prawidłowych wyników.

ChemCAD zawiera bazę danych właściwości fizykochemicznych poszczególnych substancji, pozwala na symulacje procesów destylacji, ekstrakcji, wymiany ciepła oraz reakcji w różnych typach reaktorów. ChemCAD może być z powodzeniem wykorzystany podczas planowania procesów przemysłowych.

Poniższa symulacja została wykonana w ramach zajęć z Modelowania Procesów Technologicznych realizowanych na kierunku Technologia Chemiczna na wydziale Chemicznym Politechniki Śląskiej. Głównym zagadnieniem, na jakie zwraca uwagę poniższa symulacja, to porównanie składu produktu ekstrakcji pojedynczej oraz ekstrakcji trzy etapowej.

Hot News!
Dawid Wróblewski – DWI motion organizuje szkolenia z podstaw falowników we wrześniu, w 4 miastach – Warszawa, Kraków, Wrocław, Gdańsk. Jeśli chcesz najpierw poznać teorię napędów, a następnie skonfigurować i uruchomić przemiennik częstotliwości w praktyce, to te szkolenie jest dla Ciebie.
Zobacz agendę szkolenia

Proces ekstrakcji

Ekstrakcja to proces polegający na rozdzieleniu jednej lub kilku substancji zawartej w mieszaninie metodą dyfuzji do cieczy lepiej rozpuszczającej dane związki chemiczne. Zachodzi w układach ciecz-ciecz, należy wyróżnić rozpuszczalnik pierwotny, w którym znajdują się rozpuszczone substancje przed procesem oraz rozpuszczalnik wtórny, który w procesie ekstrakcji będzie selektywnie absorbował substancje z rozpuszczalnika pierwotnego. Jako produkt uzyskuje się rafinat, który jest rozpuszczalnikiem pierwotnym pozbawionym większości odzyskiwanego związku oraz ekstrakt, w którym znajduje się substancja odzyskana z rozpuszczalnika pierwotnego. Ekstrakt można poddać destylacji w celu odzyskania substancji ekstrahowanej oraz rozpuszczalnika. Mówiąc o ekstrakcji, istotną rzeczą jest określenie warunków do osiągnięcia prawidłowego przebiegu tego procesu. Muszą występować dwie fazy ciekłe, które można rozdzielić mechanicznie. Z tych dwóch warunków wynika, iż musi występować ograniczona rozpuszczalność ekstraktu i rafinatu.

Schemat ekstrakcji. [Ilustracja wykonana za pomocą programu ChemCAD]

W przemyśle stosuje się również inne typy ekstrakcji, przykładem charakterystycznego procesu występującego w przemyśle spożywczym jest ekstrakcja nadkrytyczna. Stan nadkrytyczny występuję powyżej określonej temperatury oraz ciśnienia, jest to pośrednia faza między cieczą a gazem o specyficznych właściwościach.  Aparatura do procesu ekstrakcji jest złożona z pompy sprężającej, ekstraktora ciśnieniowego, rozdzielacza oraz systemu pomiarowego ciśnienia i temperatury. Do jej zalet możemy zaliczyć niską temperaturę prowadzenia procesu oraz duża selektywność procesu. Ekstrakcja nadkrytyczną stosuje się do ekstrakcji chmielu, redukcji zawartości alkoholu, usuwaniu kofeiny z kawy oraz ekstrakcji esencji olejowych.

Proces ekstrakcji w poniższej symulacji polega na usunięciu acetonu z wody, która jest rozpuszczalnikiem pierwotnym za pomocą dichlorometanu, pełniącego rolę rozpuszczalnika wtórnego. Dokładny skład rozpuszczalnika pierwotnego to 80% mol wody i 20% mol acetonu w całkowitej ilości 100 mol cieczy. Zostało zastosowane 30 mol dichlorometanu. Wszystkie operacje są prowadzone w temperaturze 25 oC pod ciśnieniem 1 bar.

Ekstrakcja jednoetapowa

W procesie ekstrakcji jednoetapowej stosuję się pojedynczy separator faz. Strumieniem nr 1 zostaje wprowadzony rozpuszczalnik pierwotny, mieszanina acetonu oraz wody. Rozpuszczalnik wtórny zostaje podany strumieniem nr 2, jest to 30 mol dichlorometanu. W separatorze faz zachodzi ekstrakcja. Po przeprowadzeniu procesu uzyskujemy ekstrakt oraz rafinat. Strumieniem nr 4 zostaje wyprowadzony ekstrakt z separatora, a strumieniem nr 3 rafinat. Skład ekstraktu to 4 mola wody, 19.99 mola acetonu oraz 29.67 mola dichlorometanu. Skład rafinatu wynosi 76 mola wody, 0.01 mola acetonu oraz 0.33 mola dichlorometanu.

Schemat jednoetapowej ekstrakcji. [Ilustracja wykonana za pomocą programu ChemCAD]

Ekstrakcja trzy etapowa

W ekstrakcji trój etapowej występują trzy separatory faz. Całą ilość rozpuszczalnika wtórnego, jaka była stosowana w ekstrakcji jednoetapowej, należy podzielić na trzy równe części. Każda z nich jest podawana jako rozpuszczalnik wtórny do każdego separatora faz. Do pierwszego separatora faz zostaje podana taka sama ilość oraz skład rozpuszczalnika pierwotnego jak w ekstrakcji jedno etapowej. Rafinat z pierwszego separatora zostaje wprowadzony do drugiego separatora jako rozpuszczalniki pierwotny, a rafinat z drugiego separatora zostaje rozpuszczalnikiem pierwotnym dla trzeciego separatora. Ekstrakt ze wszystkich trzech separatorów zostaje skierowany do miksera i wyprowadzony jako jeden strumień. Skład rafinatu z ostatniego separatora to 71.38 moli wody, 2.53*107 mola acetonu oraz 0.3 mola dichlorometanu. W całości ekstraktu z trzech etapów ekstrakcji znajduję się 8.62 mola wody, około 19.99 mola acetonu oraz 29.7 mola dichlorometanu.

Schemat ekstrakcji trzy etapowej. [Ilustracja wykonana za pomocą programu ChemCAD]

Wnioski

Przy tej samej ilości rozpuszczalnika wtórnego za pomocą ekstrakcji trzy stopniowej został otrzymany rafinat ze znaczną mniejszą ilością substancji ekstrahowanej niż w ekstrakcji jednostopniowej. Po ekstrakcji jednostopniowej ilość acetonu w rafinacie wynosi 0.01 mola, a gdy zastosuje się ekstrakcję trzyetapową, to ilość acetonu wynosi 2.53*10-7 mola. Program ChemCAD pozwala na wyznaczenie ilości rozpuszczalnika wtórnego, który jest potrzebny do uzyskania takiego samego składu rafinatu pod względem acetonu w ekstrakcji jednoetapowej, co w ekstrakcji trzy etapowej. Daną operację wykonuję się za pomocą sensitivity study. Aby uzyskać w ekstrakcji jedno etapowej tę samą ilość acetonu w rafinacie, co za pomocą ekstrakcji trzy etapowej, należy użyć 537 moli dichlorometanu jako rozpuszczalnika wtórnego. Koszt 16 moli dichlorometanu to ok. 20 zł. Przy instalacji trójstopniowej koszt rozpuszczalnika wtórnego to 37 zł 50gr, a przy instalacji jednostopniowej ten koszt wynosi 671 zł 21 gr. Podczas ciągłej pracy instalacji różnica kosztu rozpuszczalnika pozwala na duże oszczędności.

Autor: Inż. Michał Gocki.

Bibliografia

[1] Stanisław Bursa; Chemia Fizyczna; Państwowe Wydawnictwo Naukowe.

[2] Dr hab. inż. Andrzej Kaim, prof. UW; Symulacja komputerowa procesów technologicznych programem ChemCAD; Zakład Technologii Chemicznej, UW.

[3] Janusz Ciborowski; Podstawy inżynierii chemicznej; Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.

[4] Prof. dr hab. inż. Tomasz Krawczyk; Ekstrakcja; wykłady Modelowanie Procesów Technologicznych; Katedra Technologii Chemicznej Organicznej wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej.

[5] Emilia Janiszewska, Dorota Witrowa-Rajchert; Ekstrakcja nadkrytyczna w przemyśle spożywczym; Żywność. Nauka. Technologia. Jakość; 2005.

Hot News!
Dawid Wróblewski – DWI motion organizuje szkolenia z podstaw falowników we wrześniu, w 4 miastach – Warszawa, Kraków, Wrocław, Gdańsk. Jeśli chcesz najpierw poznać teorię napędów, a następnie skonfigurować i uruchomić przemiennik częstotliwości w praktyce, to te szkolenie jest dla Ciebie.
Zobacz agendę szkolenia

Ocena artykułu zgłoszonego do Konkursu iAutomatyka 4.0 pisz artykuły, zdobywaj punkty, wymieniaj je na nagrody.

Kryterium 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Punkty (0-2) 2 2 1 2 1 0 1 2 1 1
Suma zdobytych punktów: 13

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.
17 lipca 2020 / Kategoria: , ,

Reklama

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Klimatyzacja szaf sterowniczych i mistrzostwo oszczędności

Klimatyzacja szaf sterowniczych i mistrzostwo oszczędności

>KLIKNIJ<

TwinSAFE – miniporadnik dla początkujących

TwinSAFE – miniporadnik dla początkujących

>KLIKNIJ<

Technologia cyfrowego bliźniaka – szybsze uruchomienie maszyny

Technologia cyfrowego bliźniaka – szybsze uruchomienie maszyny

>KLIKNIJ<

Szkolenie z podstaw techniki napędowej i falowników z DWI MOTION – relacja

Szkolenie z podstaw techniki napędowej i falowników z DWI MOTION – relacja

>KLIKNIJ<

Automatyka przemysłowa

Automatyka przemysłowa

>KLIKNIJ<

Kryzys koronawirusa szansą dla Twojej firmy. Poznaj zalety robotyzacji

Kryzys koronawirusa szansą dla Twojej firmy. Poznaj zalety robotyzacji

>KLIKNIJ<

Nowy poziom techniki przemieszczeń liniowych

Nowy poziom techniki przemieszczeń liniowych

>KLIKNIJ<

RENEX Group dystrybutorem JBC

RENEX Group dystrybutorem JBC

>KLIKNIJ<

Ri4Power Rittal – inteligentny system prądowy

Ri4Power Rittal – inteligentny system prądowy

>KLIKNIJ<

Testuj oprogramowanie SCADA w chmurze

Testuj oprogramowanie SCADA w chmurze

>KLIKNIJ<

Ostatnie terminy szkoleń stacjonarnych z PLC za 1500 zł!

Ostatnie terminy szkoleń stacjonarnych z PLC za 1500 zł!

>KLIKNIJ<

Palma z adresem IP, czyli jak technologia może wpływać na komfort naszego odpoczynku

Palma z adresem IP, czyli jak technologia może wpływać na komfort naszego odpoczynku

>KLIKNIJ<

Zobacz jak maksymalna elastyczność zwiększy wydajność automatyzacji. Niezależnie sterowane nośniki obrabianych przedmiotów

Zobacz jak maksymalna elastyczność zwiększy wydajność automatyzacji. Niezależnie sterowane nośniki obrabianych przedmiotów

>KLIKNIJ<

Certyfikowane pomiary dla aplikacji HRC

Certyfikowane pomiary dla aplikacji HRC

>KLIKNIJ<

Jak dobrać falownik w 5 krokach? Blog DWI motion!

Jak dobrać falownik w 5 krokach? Blog DWI motion!

>KLIKNIJ<

5G w firmie Rittal – nowy standard telefonii komórkowej wkracza do działu produkcji

5G w firmie Rittal – nowy standard telefonii komórkowej wkracza do działu produkcji

>KLIKNIJ<

Oprogramowanie do modelowania układów automatyki i urządzeń

Oprogramowanie do modelowania układów automatyki i urządzeń

>KLIKNIJ<

Własne bloki funkcyjne w easyE4 – przyspiesz swoją pracę

Własne bloki funkcyjne w easyE4 – przyspiesz swoją pracę

>KLIKNIJ<

Jak sterować PLC za pomocą telefonu? Web serwer w sterownikach S7

Jak sterować PLC za pomocą telefonu? Web serwer w sterownikach S7

>KLIKNIJ<

Podstawy safety w TIA PORTAL

Podstawy safety w TIA PORTAL





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • Urządzenia XV300 wyposażone są w przemysłowe wyświetlacze wysokiej rozdzielczości z technologią wielodotyku. To, w połączeniu z precyzyjnym i intuicyjnym interfejsem użytkownika, umożliwia operatorom pracę od zaraz. Dodatkowo te wysoko wyda...
  •   Sterowniki FX5U zapewniają rodzinie FX wyższą wydajność oraz dodają nowe cechy, które wyznaczają standardy w klasie kompaktowych sterowników PLC. Pozwala to użytkownikom na tworzenie bardziej złożonych i zaawansowanych systemów automatyki...
  • Wysokowydajny sterownik Saia PCD3.M6893 oferuje maksymalne cyberbezpieczeństwo oraz możliwość programowania obiektowego w języku wysokiego poziomu. Ponadto jest kompatybilny z modułami I/O i komunikacyjnymi serii PCD3. Zastosowany w PCD3.M6...
  • Zaprojektowane, aby zwiększyć wydajność Sterowniki FX5U/FX5UC zapewniają rodzinie FX wyższą wydajność oraz dodają nowe cechy, które wyznaczają standardy w klasie kompaktowych sterowników PLC. Pozwala to użytkownikom na tworzenie bardziej zł...
  • Bezpieczny, prosty w obsłudze i energooszczędny Seria serwowzmacniaczy Mitsubishi Electric MELSERVO MR-J4 wraz z kompatybilnymi modułami pozycjonującymi oraz zaawansowanymi kontrolerami motion, umożliwia konstruktorom maszyn i urządzeń oraz...
  • Produkty i rozwiązania firmy SICK są równie różnorodne jak codzienność w przedsiębiorstwie. Szkolenia SICK dla użytkowników umożliwiają zdobycie wiedzy na temat zróżnicowanej oferty naszych innowacyjnych produktów w formie dostosowanej do k...
    Link: Terminy