Российский химико-технологический университет
им. Д. И. Менделеева
Курсовой проект
«Разработка АСУТП»
Выполнила:
студентка группы К-51
Полозова Н.А.
Проверил:
Дубровский И.И.
Москва 2011 год
Введение.
Предметом анализа и синтеза автоматизации системы управления является технологическая схема получения биотоплива из хлореллы.
Физико-химические свойства сырья и целевых продуктов.
Показатель |
Характеристика и значение |
Литература |
Chlorella pyrenoidosa |
||
Внешний вид |
одноклеточная водоросль размером около 15 мкм, не имеет жгутиков. Для процесса фотосинтеза хлорелле требуются только вода, диоксид углерода, свет, а также небольшое количество минералов для размножения.
Хлорелла очень неприхотлива и встречается почти повсеместно – в пресных водах, на сырой земле, на коре деревьев и т.п. Шаровидная клетка хлореллы содержит одно ядро и чашевидный хроматофор. Глазка и сократительных вакуолей нет. Клеточная стенка некоторых видов этих водорослей наряду с целлюлозой содержит спорополленин – чрезвычайно устойчивое к действию различных ферментов вещество, встречающееся также в пыльцевых зернах и спорах высших растений. Размножается хлорелла исключительно автоспорами (бесполое размножение), образующимися обычно по 4–8 в одной клетке и освобождающимися после разрыва ее стенки. |
http://ru.wikipedia.org/wiki/Хлорелла |
Глюкоза |
||
Внешний вид |
Белое кристаллическое вещество сладкого вкуса, растворимое в воде и органических растворителях.
|
http://ru.wikipedia.org/wiki/Глюкоза |
Эмпирическая формула |
С6Н12О6 |
|
Молярная масса |
180,16 г/моль |
|
Систематическое наименование |
6-(гидроксиметил)оксан-2,№,4,5-тетрол(2R,3S,4R,5R)-6тетрагидо-2Н-пиран-2,3,4,5-тетраол |
|
Плотность |
1,54 г/см3 |
|
Температура плавления |
α-D-глюкоза: 146 OС β-D-глюкоза: 150 OС |
|
Способы получения целевого продукта.
Описание химической технологии.
Анализ современного потребления целевого продукта
Chlorella pyrenoidosa: применяется в медицине (биологически активные добавки), сельское хозяйство (корм скоту), пищевая промышленность (добавляют в молоко, йогурты, хлеб и т.д.), парфюмерия, очистка и обеззараживание сточных и т.д.
Краткая характеристика технологического процесса
Технологическая схема, изображающая основные этапы, участвующие в производстве биодизельного топлива
B – биореактор; S1 – флокуляция(коагуляция) для дальнейшего обезвоживания; S2 – центрифугирование для обезвоживания; S3 -абсорбер для удаления гексана; R1 – экстракция с помощью растворителя; R2 – метантэнк
В процесс производства входят следующие стадии:
Обезвоживание. Водорослевая суспензия сперва направляется на этап флокуляции(коагуляции), чтобы уменьшить содержание воды в 25 раз. В качестве флокулянта(коагулянт) используется сульфат алюминия, так как он показал высокую эффективность при использовании с хлореллой. Если водорослевая паста все еще содержит избыток воды, то далее она направляется на центрифугирование.
Водоросли возможно собирать с помощью микросит, центрифугированием, флокуляцией(коагуляцией) и пенной флотацией
Пенная флотация — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены, которую в дальнейшем сгущают и фильтруют.
Разрушение клеток. Разрушение клеточных стенок для последующей экстракции липидов растворителем.
Простейший способ разрушения клеток это механическое дробление с помощью пресса.
Так же возможно использовать осмотический шок. В результате резкого сокращения осмотического давления клетки разрывает.
Экстракция масла. Липиды водорослей извлекают с помощью гексана, неполярного растворителя, который показал свою эффективность в добыче TAG из семян масленичных культур. Смесь водорослей и растворителя вначале перемешивается для обеспечения контакта между растворителем и водо-суспензионной фазой для достижения наилучшего растворения в гексане. Используют 5 последовательных экстракций.
Предварительные эксперименты с использование в качестве растворителя смеси хлороформа и метанола показали, что после 5 стадий экстракции достигается 99% извлечение. Последующие эксперименты с гексаном в роли растворителя достигаются еще более точные результаты
Ультразвуковая экстракция может значительно ускорить процесс извлечения масла. Ультразвуковой волны создают в растворителе кавитационные пузырьки. Когда пузырьки разрушаются вблизи клеточных стенок, то в результате ударной волны и потока жидкости стенки клетки разрушаются и высвобождают содержимое клетки в растворитель.
Возможно также применения метод сверхкритической флюидной экстракции. В качестве растворителя используется диоксид углерода, приведенный в состояние сверхкритического флюида (при температуре и давлении выше критической точки) Метод позволяет добиться очень точного разделения и является экологически чистым, но он связан с большими энергетическими затратами.
Удаление растворителя и очищение масла.
Поток растворителя, содержащий растворенные липиды направляется к абсорбционной колонне S3 для разделения.
Побочные продукты будут направлены в анаэробный реактор (метантэнк). Процесс, используемый для очищения масла является таким же, что используется для производства биодизеля первого поколения из масло содержащих семян рапса
Производство биодизеля. Очищенное масло транспортируется на завод по производству биодизеля, где оно будет переработано в биодизель и глицерин. Получение биодизельного топлива из масла ведется за счет реакции переэтерификации
Анаэробный реактор (метантэнк). Водяной поток после этапа экстракции масла, который содержит остаточную биомассу, и отходы от этапа улучшения масла направляются в анаэробный реактор для получения метана. Разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. [20]
Цель работы:
1. В создании системы автоматического мониторинга параметров технологического процесса с независимым от персонала ведением отчетной документации (протокол состояния на протяжении смены, суток, месяца)
2. Сбор информации о возможных расширениях по созданию микропроцессорной системы управления.
Цель – стабилизировать работу аппарата за счет поддержания параметров на заданном регламентом значениях.