Príklad 9 - Lisovanie+ Vylúhovanie+ Sušenie 3. Bilančná schéma 1. Zadanie príkladu Bilančná schéma: m6 =? w6a = m4 =? kg 0.1 Zvolený základ výpočtu: w4d = 1 w6d = 0.9 m 1 = 100 kg 4 6 EXTRAKTOR 1 3 LIS w1a = 0.28 m2 =? kg w1b = 0.1 w3a =? w1c = 0.62 w3b =? m5 =? kg w3c = 0.81 w5a =? w5b =? 2 w5c =? 5 m2 =? kg w2a = 0.8 m7 =? SUŠIAREŇ w2b = 0.2 w7b = 1 7 Vylúhovanie je extrakcia rozputných zložiek z tuhej fázy selektívnám kvapalným extrakčným činidlom. =? kg m8 Výsledkom procesu sú kvapalný 8 w8a = 0.002 extrakt a tuhý rafinát. w8b = 0.03 Príklad 9 Surovina na výrobu rastlinného tuku obsahuje (v hmot. %) 28 % tuku, 10 % vody a beztukovú sušinu. Lisovaním sa z nej získa olej, ktorý obsahuje 80 % tuku a vodu. Tuhý zvyšok po lisovaní, ktorý obsahuje 81 % beztukovej sušiny, sa extrahuje chloridom uhličitým. Kvapalný extrakt obsahuje 10 % tuku a chlorid uhličitý. Tuhý zvyšok, obsahujúci tuk, vodu a beztukovú sušinu, sa po extrakcii suší v sušiarni, kde sa odparuje voda. Tuhý zvyšok obsahuje po sušení 3 % vody a 0.2 % tuku. Všetky % v zadaní sú hmotnostné. Vypočítajte: 1.Výťažky tuku získaného lisovaním a extrakciou (vylúhovaním) vzhľadom na jeho množstvo vo vstupujúcej surovine. 2. Zloženie tuhého zvyšku po extrakcii. 3. Hmotnostný pomer tetrachloridu vstupujúceho do extrakčného zariadenia a tuhého zvyšku po lisovaní. w8c = 1 - w8a - w8b CELKOVÝ VIZUÁLNY OBRAZ... 4. Riešenie Prúdy 3 4 6 7 8 A: Tuk m 3*w 3A m 6*w 6A m 8*w 8A 9.234568 9.106469 0.128099 B: Voda m 3*w 3B m 7*w 7B m 8*w 8B 5.308642 3.387154 1.921488 C: Sušina m 3*w 3C m 8*w 8C 62 62 D: Tetra- m 4*w 4D m 6*w 6D chlorid 81.95822 81.95822 S m 3 m 4 m 6 m 7 m 8 76.5432 81.9582 91.0647 3.38715 64.0496 2. "Mentálna integrácia informácií"... čítanie syntéza vizualizácia analýza predstavivosť logika
MB - 1: Príklad 9 Surovina na výrobu rastlinného tuku obsahuje (v hmot. %) 28 % tuku, 10 % vody a beztukovú sušinu. Lisovaním sa z nej získa olej, ktorý obsahuje 80 % tuku a vodu. Tuhý zvyšok po lisovaní, ktorý obsahuje 81 % beztukovej sušiny, sa extrahuje chloridom uhličitým. Kvapalný extrakt obsahuje 10 % tuku a chlorid uhličitý. Tuhý zvyšok, obsahujúci tuk, vodu a beztukovú sušinu, sa po extrakcii suší v sušiarni, kde sa odparuje voda. Tuhý zvyšok obsahuje po sušení 3 % vody a 0.2 % tuku. Všetky % v zadaní sú hmotnostné. Vypočítajte: 1.Výťažky tuku získaného lisovaním a extrakciou (vylúhovaním) vzhľadom na jeho množstvo vo vstupujúcej surovine. 2. Zloženie tuhého zvyšku po extrakcii. 3. Hmotnostný pomer tetrachloridu vstupujúceho do extrakčného zariadenia a tuhého zvyšku po lisovaní. Odporúčaný postup riešenia príkladov z Materiálových bilancií.. Čítať zadanie príkladu, aj niekoľkokrát, veľmi pozorne. Je vhodné si predstaviť každé slovo, slovné spojenie z textu príkladu do podoby obrázkov, plné "farieb, pohybu a radosti zo života" na "mentálnej obrazovke a vytvoriť si z nich celkový obraz. Na základe tejto vizuálnej analýzy a syntézy identifikovať počet zariadení, všetky vstupujúce a vystupujúce prúdy, počet bilancovaných zložiek a základ výpočtu. Transformovať takto získané informácie z textu príkladu do matematických symbolov, hodnôt, jednotiek a vzťahov do Bilančnej schémy. Zostaviť materiálové bilancie a pomocné vzťahy, riešiť tento bilančný systém, overiť a kritickým "logickým okom" posúdiť výsledky. Základ výpočtu: * Základ výpočtu je spravidla definovaný na vstupe resp. výstupe, buď ako množstvo prúdu alebo zložky v prúde. * Pri materiálových bilanciách s reakciou môže byť základom výpočtu aj rozsah reakcie alebo zdrojový člen zložky (množstvo zložky, ktoré vznikne alebo zanikne v chemickej reakcii) * Vzhľadom k jeho hodnote sa dopočítavajú množstvá neznámych prúdov a zložiek. * V prípade, že základ výpočtu nie je definovaný, je nutné si ho voliť. Spravidla na vstupe alebo výstupe, kde býva naviac informácií o bilancovanom systéme.
V zadaní nie je ani zmienka o vstupujúcom, alebo vystupujúcom množstve prúdu resp. zložky v procese. Aj charakter otázok nám neodbytne našepkáva (treba počítať pomer niečoho k niečomu), že si bude nutné zvoliť základ výpočtu. Spravidla sa volí na vstupe alebo výstupe zo systému, kde býva zvyčajne najviac informácii o procese. Bilančná schéma m 6 =? m 4 =? kg w 6A = 0.1 Zvolený základ výpočtu: w 4D = 1 w 6D = 0.9 m 1 = 100 kg 4 6 1 3 LIS EXTRAKTOR w 1A = 0.28 m 2 =? kg w 1B = 0.1 w 3A =? w 1C = 0.62 w 3B =? m 5 =? kg w 3C = 0.81 w 5A =? 2 w 5B =? 5 w 5C =? m 2 =? kg w 2A = 0.8 m 7 =? SUŠIAREŇ w 2B = 0.2 w 7B = 1 7 Vylúhovanie je extrakcia rozputných zložiek z tuhej fázy selektívnym kvapalným extrakčným činidlom. m 8 =? kg Výsledkom procesu sú kvapalný 8 w 8A = 0.002 extrakt a tuhý rafinát. w 8B = 0.03 w 8C = 1 - w 8A - w 8B w 8C = 0.968 Prúdy: : 1-surovina A - tuk 2 - olej B - voda (H 2 O) 3 - tuhý zvyšok po lisovaní C - sušina 4 - tetrachlorid (selektívne rozpúšťadlo, extrahovadlo) D - tetrachlorid (CCl 4 ) 5 - tuhý zvyšok po extrakcii 6 - kvapalný extrakt 7 - odparená voda 8 - tuhá fáza po sušení
Riešenie Na základe informácii zo zadanie je nutné sa rozhodnúť, či sa výpočet zrealizuje v jednotkách hmotnosti a hmotnostných zlomkoch, alebo látkových množstvách a mólových zlomkoch. Ponúkané informácie a kladené otázoky zo zadania nám naznačujú, že bude rozumné si rozdeliť bilančný systém na vhodné podsystémy. Bilančný podsystém Lis Materiálová bilancia lisu Zvolený základ výpočtu: Prúdy 1 2 3 m 1 = 100 kg m 2 =? kg A: Tuk m 1 *w 1A m 2 *w 2A m 3 *w 3A m 3 =? kg 28 B: Voda m 1 *w 1B m 2 *w 2B m 3 *w 3B w 1A = 0.28 10 w 1B = 0.1 C: Sušina m 1 *w 1C m 3 *w 3C w 1C = 0.62 62 w 2A = 0.8 S m 1 m 2 m 3 w 2B = 0.2 100 w 3C = 0.81 1. krok výpočtu Hmotnosť tuhého zvyšku po lisovaní z materiálovej bilancie sušiny C: 100 0.62 = m 3 0.81 m 3 = 76.54 kg 2. krok výpočtu Hmotnosť oleja z materiálovej bilancie lisu 100 = m 2 + m 3 m 2 = m 1 m 3 = 23.46 kg 3. krok výpočtu Zloženie vody a oleja v tuhom zvyšku po sušení z ich materiálových zložkových bilancíí A: 100 0.28 = m 2 0.8 + m 3 w 3A w 3A = 0.121 B: 100 0.10 = m 2 0.2 + m 3 w 3B w 3B = 0.069 Materiálová bilancia lisu - finálny "look" Prúdy 1 2 3 A: Tuk m 1 *w 1A m 2 *w 2A m 3 *w 3A 28 18.77 9.23 B: Voda m 1 *w 1B m 2 *w 2B m 3 *w 3B 10 4.69 5.31 C: Sušina m 1 *w 1C m 3 *w 3C 62 62 S m 1 m 2 m 3 100 23.46 76.54 100 23.46 76.54
4. krok výpočtu Výťažok oleja po lisovaní (definovaný ako množstvo oleja ziskaného lisovaním vzhľadom na jeho množstvo v privedenej surovine krát 100 %) h = [(m 2A )/m 1B ] *100 % h = 67.02 % Bilančný podsystém Extraktor + Sušiareň Materiálová bilancia Extraktor + Sušiareň Prúdy 3 4 6 7 8 m 3 = 76.54 kg m 4 =? kg A: Tuk m 3 *w 3A m 6 *w 6A m 8 *w 8A m 6 =? kg 9.23 m 7 =? kg B: Voda m 3 *w 3B m 7 *w 7B m 8 *w 8B m 8 =? kg 5.31 C: Sušina m 3 *w 3C m 8 *w 8C w 3A = 0.121 62 w 3B = 0.069 D: Tetra- m 4 *w 4D m 6 *w 6D w 3C = 0.81 chlorid w 4D = 1 S m 3 m 4 m 6 m 7 m 8 w 7B = 1 76.54 w 8A = 0.002 1. krok výpočtu Hmotnosť tuhého zvyšku po sušení z materiálovej bilancie sušiny w 8B = 0.03 w 8C = 0.968 w 6A = 0.1 m 8 = 64.05 kg m 3 = 76.54 kg w 3C = 0.81 w 8C = 0.968 2. krok výpočtu Hmotnosť odparenej vody z materiálovej bilancie vody m 7 = 3.39 kg m 3 = 76.54 kg m 8 = 64.05 kg w 3B = 0.069 w 8B = 0.03 w 7B = 1
3. krok výpočtu Hmotnosť tuku v tuhom zvyšku, m 8A, v extrakte, m 6A. m 8A = m 8 *w 8A = 0.13 kg m 3A = m 3 *w 3A = 9.23 kg následne v extrakte z materiálovej bilancie tuku, m 6A A: m 6A = m 3 *w 3A - m 8 *w 8A = 9.11 kg 4. krok výpočtu Hmotnosť extraktu m 6 = m 6A / w 6A = 91.06 kg w 6A = 0.1 5. krok výpočtu Hmotnosť tetrachloridu (extrahovadlo) z materialovej bilancie podsystému m 4 = 81.96 kg Materiálová bilancia Extraktor + Sušiareň Prúdy 3 4 6 7 8 A: Tuk m 3 *w 3A m 6 *w 6A m 8 *w 8A 9.23 9.11 0.13 B: Voda m 3 *w 3B m 7 *w 7B m 8 *w 8B 5.31 3.39 1.92 C: Sušina m 3 *w 3C m 8 *w 8C 62 62 D: Tetra- m 4 *w 4D m 6 *w 6D chlorid 81.96 81.96 S m 3 m 4 m 6 m 7 m 8 76.54 81.96 91.06 3.39 64.05 91.06 64.05 6. krok výpočtu Výťažok oleja po extrakcii (definovaný ako množstvo oleja ziskaného lúhovaním vzhľadom na jeho množstvo v privedenej surovine krát 100 %. ) h = [(m 6A )/m 1A ] *100 % m 6A = 9.11 kg h = 32.52 % m 1A = 28 kg 7. krok výpočtu Pomer hmotnosti tetrachloridu a tuhého zvyšku po lisovaní m 4 /m 3 = 1.07 m 3 = 76.54 kg m 4 = 81.96 kg
8. krok výpočtu Zloženie tuhého zvyšku po extrakcii Materiálová bilancia sušiarne - Prúdy 5 7 8 Prvý pohľad... Dosadením už známych hodnôt, A: Tuk m 5 *w 5A m 8 *w 8A do materiálovej bilancie sušiarne, 0.13 sa dopočíta jej materiálovú bilancia B: Voda m 5 *w 5B m 7 *w 7B m 8 *w 8B a zloženie tuhého zvyšku po extrakcii. 3.39 1.92 C: Sušina m 5 *w 5C m 8 *w 8C 62 S m 5 m 7 m 8 3.39 64.05 3.39 64.05 Materiálová bilancia sušiarne Prúdy 5 7 8 A: Tuk m 5 *w 5A m 8 *w 8A w 5A = 0.002 0.13 0.13 B: Voda m 5 *w 5B m 7 *w 7B m 8 *w 8B w 5B = 0.079 5.31 3.39 1.92 C: Sušina m 5 *w 5C m 8 *w 8C w 5C = 0.919 62.00 62.00 S m 5 m 7 m 8 67.44 3.39 64.05 67.44 3.39 64.05 Skúška správnosti... L = R