*Doporučený software:* Excel, nebo i Matlab
*Forma řešení*: Jednotlivec
*Způsob odevzdání*: Písemný protokol

##Zadání:
Uvažujte, že máte kulový mlýn o příkonu 300 W a celkové energetické účinnosti 15 %. Na vzorku sypké látky o velmi úzké distribuci velikosti částic okolo d_p = 1 mm byl testován průběh mletí. Rozmělnění 1 kg vzorku na velikost částic pod d_p = 0,2 mm trvalo 5 minut.

Při zpracování šarže stejné látky, jaká byla použita pro testování, ale o distribuci velikosti částic dané v tab. 1, se zpracovává vsádka o hmotnosti 25 kg.

Tabulka 1: Distribuce velikosti částic ve vsádce
|———————————–
| od d_p, mm | do d_p, mm | w, hm. % |
|———————————–
| 0 | 0,05 | 20 |
| 0,05 | 0,5 | 75 |
| 0,5 | 1,5 | 5 |

##Předpoklady:
- celková energetická účinnost nezávisí na množství a typu vsádky
- platí, že K_B = 2 × K_R (Bondova konstanta je dvojnásobkem Rittingerovy)

##Úkol:
- Vypočítejte minimální dobu potřebnou pro rozemletí celé vsádky pod 0,025 mm.

*Doporučený software:* Excel, nebo i Matlab
*Forma řešení*: Jednotlivec
*Způsob odevzdání*: Písemný protokol

##Zadání:
Kinetika růstu biomasy může být popsána např. Monodovou rovnicí. V této rovnici se většinou uvažuje limitující vliv hlavního substrátu na růst, lze ji však rozšířit o vliv dalších limitujících faktorů, např. koncentrace rozpuštěného kyslíku. Rovnice má poté tvar

Hypotetická maximální specifická rychlost přírůstku μ_max je rovna 1 mol m^-3 h^-1. K_s je rovna 3 mol l^-1, K_O2 je rovna 5 ppm (m/m). Substrátem je glukóza a fermentace probíhá při 25 °C.

##Úkoly:
- Znázorněte vhodnými obrázky závislost rychlosti přírůstku biomasy na koncentraci substrátu a kyslíku v mezích, které mohou za daných podmínek pro daný fermentační roztok nastat.
- Jaká je maximální dosažitelná rychlost přírůstku biomasy?

*Doporučený software:* Aspen BatchPlus
*Forma řešení*: Dvoučlenná skupina (možnost tříčlenné skupiny s přidáním dalšího kroku)
*Způsob odevzdání*: Písemný protokol, zdrojový soubor řešení

##Zadání:
V programu Aspen BatchPlus vytvořte model syntézy prekurzoru p-acetylaminobenzensulfonamidu. Syntéza se skládá ze dvou kroků, ve kterých probíhají celkem tři reakce.

V prvním kroku probíhá chlorsulfonace

/—code
Konverze = 95,00 %
Reakční teplo = -140000,00 kJ/kmole
\—

Ve druhém kroku probíhá hydrolýza nezreagované chlorsírové kyseliny doprovázená hydrolýzou p-acetylaminobenzensulfochloridu z prvního kroku

/—code
Conversion = 2,00 %
Key Component = 4-acetylaminobenzensulfochlorid
Heat of Reaction = -100000,00 kJ/kmole

CHLOROSULFONIC-ACID + WATER = SULFURIC-ACID + HYDROGEN-CHLORIDE
Conversion = 100,00 %
Key Component = CHLOROSULFONIC-ACID
Heat of Reaction = -100000,00 kJ/kmole
\—

V Aspen BatchPlus vytvořte recept pro laboratorní přípravu p-acetylaminobenzensulfochloridu

/—code
1. Reakce
1.1. Do Erlenmeyerovy baňky, 250 ml vložte 5 g acetanilidu.
1.2. Přidejte chlorsírovou kyselinu v molárím přebytku 2,2 : 1.
1.3. 100% acetanilidu.
1.4. Proběhne reakční krok 1. Reakce skončí během 30 minut.
Teplota nesmí přestoupit 60 °C.
1.5. Ochlaďte obsah na 20 °C.

2. Hydrolýza kyseliny chlorsírové
2.1. Do 500 ml baňky vložte 5 ml vody.
2.2. Ochlaďte na 0 °C během 10 min.
2.3. V baňce proběhne reakce Hydrolyza chlorsulfonove kyseliny (krok 2).
Reakce probíhá 5 min během kterých se kontinuálně přidává obsah
Erlenmeyerovy baňky, 250 ml. Teplota nesmí přestoupit 20 °C

3. Krystalizace
3.1. P-acetylaminobenzensulfochlorid je ve vodě nerozpustný a vykrystalizuje.

4. Filtrace

5. Sušení
\—

##Úkoly:
- Převeďte laboratorní výrobu do provozní s tím, že laboratorní nádoby nahradíte provozním zařízením tak, aby kapacita výroby byla alespoň 100 kg p-acetylaminobenzensulfochloridu.
- Zkontrolujte a případně upravte parametry navrženého chlazení u jednotlivých reakčních kroků tak, aby průtoky chladících médií byly reálné.

*Doporučený software:* Matlab nebo Excel
*Forma řešení*: Dvoučlenná skupina
*Způsob odevzdání*: Písemný protokol s odvozenými bilančními rovnicemi, zdrojový soubor řešení

##Zadání:
Inertizace zásobníků a jiných větších chemických zařízení je operací, která slouží k odstranění kyslíku z původní vzduchové náplně aparátu. To je důležité jak z hlediska zamezení oxidace skladované nebo zpracovávané látky, tak i kvůli zabránění vzniku hořlavé směsi.

Zásobníky mají obvykle kulový nebo válcový tvar a proto je lze při promývání plynným médiem považovat za *ideálně promíchávané* nádoby. Inertizace se buď provádí prostým promýváním inertem, nebo střídavým tlakováním a evakuací.

Continue reading →

*Doporučený software:* Aspen BatchPlus
*Forma řešení*: Dvoučlenná skupina
*Způsob odevzdání*: Písemný protokol, zdrojový soubor řešení

##Zadání:
Uvažujte výrobu paracetamolu acetylací p-aminofenolu acetanhydridem. Reakci uvažujte jako „shortcut“, neuvažujte žádné reakční komponenty, kromě p-aminofenolu, acetanhydridu, paracetamolu a kyseliny octové.

/—code
REACTION DATA SET: Syntéza paracetamolu

p-aminophenol + ACETIC-ANHYDRIDE = ACETIC-ACID + paracetamol
MW 109,126 MW 102,1 MW 60,05 MW 151,162
Liquid1 Liquid1 Liquid1 Liquid1

Conversion = 94 %
Key Component = p-aminophenol
Heat of Reaction = 139700 kJ/kmole
\—

V Aspen BatchPlus vytvořte recept pro laboratorní přípravu paracetamolu danou reakcí

/—code
1. Reakce
1.1. Do Erlenmeyerovy baňky, 250 ml vložte 2 g p-aminofenolu.
1.2. Přidejte acetanhydrid v molárím přebytku 1,2 : 1.
1.3. Ohřejte k varu pod chladičem. Rozpustí se 100% p-aminofenolu.
1.4. Proběhne reakce Syntéza paracetamolu, izothermní, 45 min.

2. Krystalizace
2.1. Přidejte 20 ml vody.
2.2. Krystalizujte obsah Erlenmeyerovy baňky. Vykrystalizuje 98% paracetamolu.
Krystalizace trvá 20 min. Teplota se sníží na 20 C.

3. Filtrace
3.1. Přefiltrujte obsah Erlenmeyerovy baňky ve filtrační baňce, 250 ml.
Filtr oddělí 100% pevných látek. Vlhkost koláče je 20%.
3.2. Promyjte koláč 10 ml vody – Displacement wash. Vlhkost koláče je 20%.

4. Sušení
4.1. Převeďte koláč na odpařovací misku.
4.2. Sušte při 90 °C a 80 kPa na 0,08% vlhkosti.
\—

Dále vytvořte „továrnu“ na výrobu paracetamolu. K dispozici je následující zařízení:
/—code
DR-300 Dryer 3V Cogeim MIXODRY-EMV
DR-1000 Dryer – Conical 3V Cogeim MIXODRY – EMV 1500
DR-2000 Dryer – Conical 3V Cogeim MIXODRY – EMV 2000
FI-130 Filter – Press Schenk NIRO 490 B 40
FI-300 Filter – Press Schenk NIRO 600/150 AT
RE-100 Reactor De Dietrich AE 100
RE-250 Reactor De Dietrich AE 250
RE-400 Reactor De Dietrich AE 400
\—

##Úkoly:
- Převeďte laboratorní výrobu do provozní s tím, že laboratorní nádoby nahradíte provozním zařízením tak, aby kapacita výroby byla alespoň 400 kg paracetamolu denně.
- Vytvořte plán dané kampaně a analyzujte jeho harmonogram.
- Jak by bylo možné se vybavením které je k dispozici dále zvyšovat kapacitu výroby?