Cílem tohoto cvičení je zadat jednoduchý soubor procesů do software Aspen BatchPlus, nasimulovat jeho průběh a diskutovat chování některých jeho částí.
##Zadání
Dílčím úkolem připravit roztok z 1200 kg MeOH a 6500 kg vody v míchaném reaktoru. Po smíchání je potřeba roztok okyselit 10 kg připravené směsi 20 % H2SO_4. Roztok je potřeba ohřát na 85 °C a udržovat při této teplotě 3 h. Pak se roztok ochladí na 30 °C a přepustí do zásobníku. Před použitím aparátů je potřeba odstranit vzduch pomocí dusíku.
Hlavním úkolem je provedení reakce dvou obecných modelových látek (prekurzor A a produkt B) podle reakce A + voda = B dH=100 kj/mol, konverze A 95 %. Do reaktoru se vloží 5600 kg pyridinu, 50 kg vody a 700 kg A a směs se ohřeje na 80 °C. Pak probíhá reakce po dobu 5 h. Následně se směs ochladí na 50 °C a přidá se 4500 kg MeOH a probíhá krystalizace (vykrystalizuje 95 % B) a chladí se na 25 °C asi 5 h. Pak se přidá 1kg 20% H2SO_4 (připravená směs).
Směs z reaktoru se filtruje na filtrační nuči, zachytí se 99 % krystalů a obsah sušiny je 40 %. Pak se několikrát proplachuje médiem připraveným v 1. kroku metodou slurry až do odstranění pyridinu. Dále se proplachuje vodou až do vymizení MeOH.
##Řešení části 1
- V novém projektu vytvoříme nový proces „Výroba hydrátu“ a v něm nový krok „Příprava proplachovacího média“.
- Vybereme látky, se kterými budeme pracovat (Data . Pure Components)
- Připravíme předdefinovanou směs – ředěnou H2SO_4 (Data. Predefined Mixtures
- Přepneme se do panelu „Facility explorer“ a vytvoříme vlastní „továrnu“
- Přidáme vhodná zařízení do naší továrny (Data . Network Selection . Equipment)
- Přepneme zpátky na „Process explorer“ a vytvoříme recepturu pro krok „Příprava proplachovacího média“ – (ikonka Text Recipe)
- Při vytvoření receptu se automaticky vytvoří první jednotková činnost. Pokud její vytvoření odmítnete, můžete ji vložit ručně (stejně jako další) jednotkové činnosti z „kontextového menu“((vyvolá se pravým tlačítkem myši)) receptury. Zvolte jméno činnosti (např. Inertizace zařízení) a vyberte ze seznamu hlavní zařízení.
- Vložte z kontextového menu vsádkovou operaci pro inertizaci – proplach dusíkem (Insert Batch Operation . Operation M to Q . Purge)
- Po vložení se objeví operace v receptuře. Poklepáním myší můžete upravit její vlastnosti.
- Vodítko pro vkládání dalších operací poskytuje ukázka výsledného receptu
1. Inertizace
1.1. Purge unit Mixér I. Purge 5 times with NITROGEN between high pressure 300 kPa and low pressure 100 kPa for 5 min each.
1.2. Purge unit Zásobník I. Purge 1 times with NITROGEN at a rate of 1000 liter/min between high pressure 300 kPa and low pressure 100 kPa.
2. Mísení
2.1. Charge Mixér I with 1200 kg of METHANOL. The feed rate is 100 liter/min. Charge Mixér I with 6500 kg of WATER. The feed rate is 100 liter/min.
2.2. Charge Mixér I with 10 kg of H2SO4 20%. The charge time is 1 min.
2.3. Heat unit Mixér I to 85 C. The heating time is 60 min. Use 151,8 C Steam (Low Pressure) on the Entire Jacket at a rate of 3,25 Cubic m/h.
2.4. Age the contents of unit Mixér I for 3 h. Agitator Míchadlo I is 30 Rev/min ON. The agitator speed is 30 Rev/min. Maintain the temperature at 85 C.
3. Transfer
3.1. Cool unit Mixér I to 30 C. The cooling time is 60 min. Use 15 C Cooling Water on the Entire Jacket. The outlet temperature of the utility is maintained at a constant value of 20 C.
3.2. Transfer contents of unit Mixér I to Zásobník I. Maintain the temperature at 30 C.
- Nyní je možné simulovat výrobu volbou Run . Simulate Batch a prohlédnout si různé výsledky v položce Results
##Řešení části 2
- Přidáme do databáze (Data . Pure Components) látky co nejsou v databázi (New), stačí zadat jméno a molární hmotnost. U A asi 350 a B o 18 větší (budeme je používat na reakci tak to odpovídá přidání vody do molekuly). Dále budeme potřebovat pyridin na reakci a MeOH na krystalizaci.
- Zadáme reakci (Data . Reactions) jako „shortcut reaction“
- Nyní lze pokračovat jako v předchozí části tak, aby vznikl recept
1. Syntéza
1.1. Purge
1.2. Purge unit Reaktor I. Purge 3 times with NITROGEN for 5 min each.
1.3. Charge Reaktor I with 5600 kg of PYRIDINE. The charge time is 20 min. Charge Reaktor I with 50 kg of WATER. The charge time is 2 min.
1.4. Charge Reaktor I with 700 kg of prekurzor A. The charge time is 10 min.
1.5. Heat unit Reaktor I to 80 C. The heating time is 20 min.
1.6. React in unit Reaktor I via syntéza hydrátu. Reaction occurs over 5 h.
1.7. Cool unit Reaktor I to 50 C.
2. Krystalizace
2.1. Transfer contents of unit Reaktor I to Krystalizátor I.
2.2. Charge Krystalizátor I with 4500 kg of METHANOL.
2.3. Cool unit Krystalizátor I to 25 C.
2.4. Crystallize the batch in unit Krystalizátor I. The following components are separated in the crystal phase: 95% of produkt B. The crystallization time is 5 h. Continuously add 1 kg of SULFURIC-ACID. The feed time is 10 min.
3. Filtrace
3.1. Filter the batch from unit Krystalizátor I in filter Filtrační nuč I. The slurry flowrate is 2 Cubic m/h. The filter separates 99% of all solids. The moisture content in the final cake is 40%.
3.2. Wash the cake in unit Filtrační nuč I. For each wash, use 100 kg of Výroba proplachovacího média (1.0) – Output. Wash the cake 5 times. Use a Slurry wash.
