Cân bằng vật chất (material balances)

Cân bằng vật chất (Material balances) CÂN BẰNG VẬT CHẤT (MATERIAL BALANCES) Một số khái niệm • Ở trạng thái ổn định (steady state) • Vật chất đi vào = Vật chất đi ra • Hệ thống (system) mở và đóng, ra[.]

CÂN BẰNG VẬT CHẤT (MATERIAL BALANCES) Một số khái niệm • Ở trạng thái ổn định (steady state) • Vật chất vào = Vật chất • Hệ thống (system): mở đóng, ranh giới hệ thống Một số khái niệm • Q trình (process): gây nên thay đổi hệ thống Quá trình theo mẻ: batch process Quá trình bán mẻ: semi-batch process Quá trình cấp dưỡng: fed-batch process Quá trình liên tục: continuous process Một số khái niêm • Trạng thái ổn định (Steady state): tất thuộc tính hệ thống nhiệt độ, áp suất, thể tích, khối lượng … khơng đổi theo thời gian >< unsteady state (transient) In systems theory, a system or a process is in a steady state if the variables which define the behavior of the system or the process are unchanging in time (Wikipedia) • Liệu có trạng thái ổn định trình trên? Một số khái niệm • Sự khác trạng thái ổn định cân (steady state  equilibrium) • Equilibrium and Steady State A state of chemical equilibrium is reached when the concentration of reactants and product are constant over time (Wikipedia) In contrast, steady state is when the state variables are constant over time while there is a flow through the system (Wikipedia) • A system that is in a steady state remains constant over time, but that constant state requires continual work This condition is also referred to as a system in dynamic equilibrium • Cân động: dynamic equillibrium Định luật bảo toàn khối lượng Khối lượng vào qua ranh giới – Khối lượng qua ranh giới + Khối lượng tạo thành hệ thống – Khối lượng tiêu thụ hệ thống = Khối lượng tích tụ hệ thống Thí dụ • Q trình xử lí nước thải diễn liên tục Mỗi ngày có 105 kg cellulose 103 vi khuẩn đưa vào 104 kg cellulose 1,5x104 kg vi khuẩn Tốc độ phân hủy cellulose vi khuẩn 7x104 kg d-1 Tốc độ sinh trưởng vi khuẩn 2x104 kg d-1; tốc độ chết vi khuẩn 5x102 kg d-1 Hãy viết PT cân cho cellulose sinh khối vi khuẩn hệ thống • Đáp số: 2x104 kg cellulose 5,5*103 kg sinh khối VK Các trường hợp đơn giản • Trong trạng thái ổn định steady state: khối lượng tích tụ hệ thống = • Lượng vào + lượng tạo thành = lượng ra+lượng tiêu thụ • Nếu ko có phản ứng • Lượng vào = lượng Qui trình tính tốn cân vật liệu Vẽ sơ đồ: rõ dòng vào dòng Tất biến biểu thị dạng khối lượng, tốc độ dòng, thành phần khối lượng Nếu thơng tin dịng vào dạng thể tích, mol phải tính tốc độ dịng thành phần khối lượng Thí dụ • Khơng khí ẩm làm giàu oxi để chuẩn bị cho lên men gluconic acid thiết bị làm ẩm 1,5 lh-1 nước khơng khí khơ vào thiết bị 15 gmol min-1 oxy khô Tất nước bốc Khí chứa 1% nước Hãy vẽ sơ đồ q trình • Tính: 1,5 lh-1=25 g min-1 15 gmol min-1 = 480 g min-1 Tính tốn Bảng cân khối lượng (kg) Dựa vào hình có dòng qua lớp ranh giới: dịch lên men, trợ lọc, dịch qua lọc cặn lọc Các thành phần dòng là: sinh khối tế bào, nước, kanamycin trợ lọc Bảng chia làm phần : vào Khối lượng biểu thị kg Vào TB Trợ lọc Kan Nước Tổng Dịch lọc Trợ lọc 7,2 - 0,06 - 10 ? 120 10 Dịch qua lọc Cặn lọc - - - - - - - - - - ? ? ? ? ? Ra TB Dịch lọc Trợ lọc Dịch qua lọc Cặn lọc ? ? Kan - 0,05 Trợ lọc Nước ? Tổng 112 ? ? ? ? ? ? ? ? Vào TB Trợ lọc Kan Nước Tổng Dịch lọc Trợ lọc 7,2 - 0,06 - 10 112,74 120 10 Dịch qua lọc Cặn lọc - - - - - - - - - - 7,2 0,06 10 112,74 130 Ra Dịch lọc Trợ lọc Dịch qua lọc Cặn lọc TB Kan Trợ lọc - Nước - Tổng - - - 0,05 111,95 112 7,2 7,2 0,01 0,06 10 10 0,79 112,74 18 130 Kết thúc • Như % nước cặn lọc là: 0,79/18=4,39% • Lượng Kan dịch qua lọc 0,045*0,79/100=0,00036 kg • Lượng Kan hấp phụ cặn lọc là: 0.01-0.00036=0.0096 kg • Lượng Kan hấp phụ 1kg chất trợ lọc 0.0096/10=0.00096 kg/kg ...Một số khái niệm • Ở trạng thái ổn định (steady state) • Vật chất vào = Vật chất • Hệ thống (system): mở đóng, ranh giới hệ thống Một số khái niệm • Q trình (process):... ko hấp phụ hay sản sinh kanamycin ? ?Chất trợ lọc khô Pha lỏng dịch lên men, trừ kanamycin nước • Lựa chọn: tính tốn cho 120 kg dịch lên men hay • Viết pt cân bằng: khơng có phản ứng xảy khối lượng... đồ q trình • Tính: 1,5 lh-1=25 g min-1 15 gmol min-1 = 480 g min-1 Các bước thiết lập tính tốn cân vật liệu • bước Tổng hợp assemble Phân tích analyse Tính tốn calculate Kết thúc finalise Thí