Home >Documents >Cap 1 Introducere

Cap 1 Introducere

Date post:19-Dec-2015
Category:
View:12 times
Download:0 times
Share this document with a friend
Description:
curs
Transcript:

Ingineria Bioproceselor si Bioreactoare

Reactoare Chimice i BiochimiceProf. dr. ing. Vasile LavricDepartamentul de Inginerie Chimica2/21/20132Reactoare Chimice si BiochimiceEvaluarea cunotinelorExamenTest grila cinci variante pentru fiecare ntrebare; acces liber la documentaie

Notarea:A) nici o varianta aleasa, Zero puncte;B) toate variantele bifate, Zero puncte;C) pentru orice alta situaie, se aplica formula:

g nseamn numrul variantelor corecte bifate, pg nseamn ponderea variantei g iar b nseamn numrul variantelor greite bifate.

Exemple:C.1 trei variante corecte in total ( pondere fiecare), toate bifate:

C.2 doua variante corecte, una greita bifate:C.3 nici o varianta corecta, o varianta greita bifata: Zero

222/21/20133Reactoare Chimice si BiochimiceModelarea proceselor

332/21/20134Beneficiile modelarii mbuntete nelegerea fenomenului modelat evidenierea principalelor relaii cauza efect intercondiionarea proceselor componente simulrile permit investigri in zone periculoase/greu de atins experimental programarea experimentelor parametrii puin senzitivi zonele experimentale de interes proiectare si control predicia modelului permite o mai buna proiectare a echipamentului adecvarea la realitate permite controlul echipamentului educaie si perfecionare optimizarea proceselorReactoare Chimice si Biochimice442/21/20135Etapele modelariinelegerea fenomenului/definirea problemeiRecunoasterea si definirea precisa a problemei prin explorare exhaustiva.Stabilirea intrebarilor la care trebuie un raspuns si ce rezultate trebuie furnizate.Definirea cunostintelor teoretice si experimentale la care se va face apel.Determinarea informatiilor initiale de care se dispune.

Abstractizarea ntr-un model fizicTrasarea diagramei pentru o buna intelegere.Determinarea informatiilor care trebuie cautate si a rezultatelor intermediare necesare.Colectarea datelor privind problema.Reactoare Chimice si Biochimice552/21/20136Etapele modelariiScrierea i validarea modelului matematicStabilirea principiilor fundamentale aplicabile si a notatiilor.Exprimarea problemei originale in expresii matematici.Utilizarea modelului fizic pentru particularizare.Simplificarea problemei suficient ca sa poata fi rezolvata fara pierderi importante de informatii.Identificarea constringerilor si ipotezelor utilizate in deducerea modelului.unitile de msurparametrii modelului (constantele)domeniile de valori ale variabilelor de intrare, de stare i de ieireReactoare Chimice si Biochimice662/21/20137Etapele modelariiAlegerea metodei de rezolvareDezvoltarea unui algoritm etapizat pentru solutionarea ecuaiilor/sistemului de ecuaii.Trecerea algortimului in formule matematiceVerificarea soluiei propuse, comparativ cu alte alternative.

Implementarea algoritmuluischema logic/funcional cu asocierea pe modulescrierea secvenelor de operatii asociate modulelor

DepanareaReactoare Chimice si Biochimice77Definitie:Reactorul chimic reprezinta spatiul inchis unde se desfasoara o reactie chimica; in cadrul procesului, unele specii (reactanti) sufera anumite transformari (devenind produsi), legea conservarii masei aplicandu-se fara exceptie.Reactoare chimiceOrice proces chimic industrial are drept scop producerea economica a unui produs dorit dintr-o varietate de materii prime, printr-o succesiune de pasi, care poate fi conturata intr-o schema de flux generala. Reactorul chimic de tip hibrid asigura separarea in situ a produsilor doriti sau a celor intermediari, avand drept consecinta nu doar scaderea costurilor totale de productie, dar si cresterea vitezei de proces datorita gradientilor chimici mai mari. Reactoare Chimice si Biochimice2/21/2013Schema de flux a unui proces chimic oarecareReactoare chimice

2/21/20139Reactoare Chimice si Biochimice

2/21/201310Modelarea bioreactoarelorProces chimic BioprocesReactoare Chimice si Biochimice1010Ecuaia general de conservare a proprietii2/21/201311

Mecanismele posibile:de transportconvectivdifuzionalde generarela suprafan volumReactoare Chimice si Biochimice1111Ecuaia general de conservare a proprietii2/21/201312Ecuaia general de conservare a proprietii se scrie:particularizat, funcie de modul n care este exprimat proprietatea Pscalar

vectorial

Reactoare Chimice si Biochimice1212Ecuaia general de conservare a proprietii2/21/201313

Reactoare Chimice si Biochimice1313Clasificarea reactiilor chimice pentru modelarea reactoarelorReactoare chimiceNon-cataliticeCataliticeOmogeneMajoritatea reactiilor in faza gazoasaMajoritatea reactiilor in faza de lichidReactii rapide ca arderea flacariiReactii in sisteme coloidaleEnzime si reactii microbieneEterogeneArderea carbuneluiSinteza amoniaculuiOxidarea minereurilorOxidarea amoniacului la acid nitricAtacul acizilor asupra solidelorAbsorbtia reactiva gaz-lichidCracarea titeiuluiReducerea minereului de fier la fier si otelOxidarea SO2 la SO32/21/201314Reactoare Chimice si Biochimice2/21/201315Lista unor produse de fermentaie si a valorilor lor de piaa

Reactoare Chimice si Biochimice15152/21/201316BioproceseBiochimiceBiologiceEnzime(in vitro)Enzime(in vivo)Reactoare Chimice si Biochimice16162/21/201317Enzimele (Proteine) formate dintr-o secven liniar de aminoacizi legai prin puni peptidice (legtura dintre o grupare -amino a unui aminoacid si gruparea -carboxil a celuilalt aminoacid;

legtura peptidic legtur parial dubl, aflat aproape ntotdeauna in configuraia trans;

structura primar secundar teriar cuaternarReactoare Chimice si Biochimice

17172/21/201318Enzimele (Proteine) foarte mare specificitate pentru o anumita reacie sau grup de reacii. active doar in condiii stricte cresc viteza procesului nu modific echilibrul chimic (scad energia de activare).Zona activ - responsabil de legtura cu substratul de reacie si conversia sa in produi (forma unei 'crevase' in masa proteinei, in care substratul se cupleaz chimic prin legturi multiple).

Carbonic-anhidraza II; sfera gri este co-factorul ZincReactoare Chimice si Biochimice18182/21/201319CeluleleCelulele clasificare general

procariote (bacteriile si algele verzi-albastre) structura intern simpl cele mai rspndite organisme de pe pmnt

eucariote (origine animal sau vegetal) structur intern complex se pot specializa ca pri ale unei structuri externe complexeReactoare Chimice si Biochimice19192/21/201320Elemente de stoechiometrie speciile chimice sunt notate cu Aj, unde j=1,,S cu S fiind numrul tuturor speciilor chimice implicate in procesul chimic; coeficienii stoechiometrici sunt notai cu j, pentru reacii simple si cu ij pentru reacii multiple, cu i=1,,R, unde R reprezint numrul totala de reacii chimice dintre speciile chimice S; coeficienii stoechiometrici pentru produi sunt pozitivi, iar cei pentru reactani sunt negativi, pentru a arata modul in care se desfoar procesul chimic.Reactii simple

Reactii multiple

Reactoare Chimice si Biochimice2020

2/21/201321Elemente de stoechiometrieNicotinamid-dinucleotid-adenina hidrogenata (redusa)Nicotinamid-dinucleotid-adenina - coenzimaDecarboxilarea oxidativa a acidului piruvic cu obinere de acetil-CoACoenzima ACalea pentozo-fosfatuluiNicotinamid-dinucleotid-adenina fosfatAdenozin-5'-trifosfatAdenozin-difosfatGrupare fosfat

Reactoare Chimice si Biochimice21212/21/201322Elemente de stoechiometrieProcesul fermentativ este aproximat, de obicei, printr-o ecuaie generalCoeficieni stoechiometrici,

Reactoare Chimice si Biochimice2222

2/21/201323Elemente de stoechiometrieRandamenteReactoare Chimice si Biochimice23232/21/201324Msura transformrii chimiceReactoare Chimice si BiochimiceMsurarea transformrii chimice msurarea gradului de participare a speciilor chimice la procesul chimic/biochimic/biologic respectivMrimi intensive mrimi normalizate, care nu depind de cantitatea de specii utilizataMrimi extensive valoarea lor depinde de cantitatea de specii utilizata

Mrime intensiva conversia are utilizarea cea mai mare;Mrime extensiva gradul de avansare este cel mai utilizat.

De regula, conversia se utilizeaz cnd procesul este descris de o singura ecuaie stoechiometrica, iar gradele de avansare se utilizeaz cnd procesul poate fi descris doar de un sistem de ecuaii stoechiometric independente.24242/21/201325Msura transformrii chimiceReactoare Chimice si BiochimiceConversiaProces descris de o singura ecuaie

Gradul de transformare a fiecrei specii chimice implicate este dat de conversie

Reactant limita25252/21/201326Msura transformrii chimiceReactoare Chimice si BiochimiceGradul de avansareReacii singulare

Reacii multiple

26262/21/201327Exprimarea compoziiei amestecurilor Reactoare Chimice si BiochimiceConcentraia molara Reacii singulare volum constantReacii singulare volum variabil

27272/21/201328Exprimarea compoziiei amestecurilor Reactoare Chimice si BiochimiceFracii molare Reacii singulare

Reacii multiple

2828TermodinamicaCaldura degajata sau absorbita in timpul procesului chimic

Gradul maxim posibil de avansare a reactieiTermodinamica

2/21/201329Reactoare Chimice si Biochimice2/21/201330Cinetica proceselor chimice Reactoare Chimice si BiochimiceDefiniia vitezei de reacie

V poate fi nlocuit de A (arie), W (masa de catalizator), Vw (volumul de catalizator), Vr (volumul reactorului)

Pentru reaciile multiple se defineste viteza echivalenta de reacie, pentru fiecare reacie stoechiometric independenta

30302/21/201331Cinetica proceselor chimice Reactoare Chimice si BiochimiceBilanul molar in regim nestaionar pentru orice specie, in cazul reaciilor singulare

Bilanul molar in regim nestaionar pentru orice specie, in cazul reaciilor multiple

31312/21/201332Cinetica proceselor chimice Reactoare Chimice si Biochimice Proces reversibil, format din reacii elementare

Click here to load reader

Reader Image
Embed Size (px)
Recommended