2014-02-02
690
Лекция
Уравнение материального баланса
Уравнение учитывает все виды поступлений и расхода компонентов в пределах элементарного объема за определенный промежуток времени, элементарный объем это такой объем, в пределах которого можно пренебречь неравномерностью распределения концентраций и температур, элементарный объем неподвижен относительно аппарата
Для элементарного объема накопление вещества
уравнение материального баланса в дифференциальном виде
D-изменение концентрации в результате протекания химической реакции
Модель реактора идеального смешения. Реактор характеризуется постоянством всех параметров по объему реактора температура и концентрация, степень превращений во всех точках оператора одинакова, смешение происходит мгновенно, то есть не имеет продолжительности, обычно аппарат снабжен перемешивающим устройством высота жидкости в котором равна диаметру аппарата, перемешивающее устройство может быть в виде мешалки или циркуляционного насоса
|
|
|
Реактор идеального смешения может работать в периодическом и непрерывном режимах при постоянной и переменной температуре. Модель РИС-П в изотермическом режиме, периодические аппараты работают циклически в них последовательно протекают операции загрузки сырья () нагрузки сырья, собственно химическая реакция, охлаждение, операция выгрузки продуктов, время подготовки к следующему циклу, время работы реактора равно их сумме
КПД можно увеличить вынеся процессы охлаждения за реакцию
По определению реактора концентрации вещества во всех точках объема равны
Текущая концентрация;
Пользуются графическим методом расчета, для этого строят зависимость функции
В результате находят время реакции обеспечивающее заданную степень превращения и находят степень реакции
Модель РИС-Н в изотермическом стационарном режиме. Реактор характеризуется непрерывной подачей компонентов сырья и выводом готовых продуктов, благодаря идеальному смешению каждый момент времени концентрация веществ в аппарате, степень превращения, и температура являются постоянными. В течение времени концентрация сырья убывает, выход продуктов и степень превращения вещества растут, время связанно с объемом реактора следующим образом
Изотермический процесс
Величина зависит от времени пребывания в реакторе в реакторе иеального смешения диффузии отсутствуют;;;
Анализ структур ХТС – при расчете ХТС в основном используют декомпозиционный метод, но при расчете замкнутых ХТС особенно имеющих несколько замкнутых контуров нужно выбрать такой разрыв связей в контуре, что бы минимизировать количество расчетов, это задача анализа структуры ХТС.
|
|
|
В процессе анализа структуры ХТС произвольной сложности решаются следующие задачи: а) определить наличие в ХТС групп аппаратов (агрегатов) рассчитываемых совместно и выделить его в виде «комплекса»; б) определить последовательность расчета комплексов и аппаратов не входящих в комплексы; в) для каждого комплекса содержащего замкнутую систему определить оптимальное количество разрываемых потоков для перевода комплекса из замкнутой структуры в разомкнутую; г) определить окончательную последовательность расчета во всей ХТС. Для решения перечисленных задач структуру ХТС представляют в виде графов, матриц смежности, таблиц смежность или таблиц смежности. Граф соответствует технологической схеме, каждая вершина графа отвечает определенному аппарату, а связи между вершинами (дуги) соответствуют материальным потокам. Вершины и дуги графов нумеруют последовательность сцепленных дуг позволяющих пройти от одной вершины к другой называется путем. Путь может быть записан через последовательность дуг или последовательность вершин. Путь начальная вершина которого совпадает с конечной при чем каждая вершина кроме начальной проходит только один раз и называется контуром. Комплексом называется часть графа вершины которого обладают следующими свойствами: каждая из вершин и дуг комплекса входит в один их контуров. Если вершина входит в комплекс, то в комплекс входят все вершины входящие в контуры содержащие эту вершину.
3 10
Комплекс 2-3-4-2; 3-4-3
Для простой схемы не требуется применение специальных программных продуктов, для более сложных схем анализ затруднен по этому анализ структуры ведут при помощи специализированных программ в результате возникает задача ввода в компьютер системной схемы в численном виде, задача может быть решена с использованием матриц смежности, списков смежностей или таблиц связей. Матрица смежности представляет собой двоичную таблицу в которой количество строк и столбцов равны количеству вершин графа. В случае если между вершинами есть связь, то на пересечение соответствующих строк и граф ставят единицу, если связей нет, ставят ноль
Матрица смежности
Список смежности представляется в виде таблицы первая строка которой обозначает номер связи (дуги) вторая строка номер вершины выхода третья строка номер вершины входа
| № дуги | ||||||||||||
| «вершины выхода | ||||||||||||
| № вершины входа |
Используют таблицы связей состоящие из 2-х частей часть А является таблицей входных связей в первом столбце которой указывают вершины из которой выходит дуга, а во 2-м столбце вершину в которую входит дуга по второй части таблицы указывают в 1-м столбце указывают вершины в которые входят дуги, а во 2-м от куда выходят.
| Таблица А (входит) | Таблица Б (выходит) | ||
| 2,5 | 1,4 | ||
| 2,4 | |||
| 2,3,5 | 1,4 | ||
| 5,7 | |||
| 6,8 | |||
| -- |
Модифицированная таблица связей состоящая из 2-х частей в А таблице входных частей 1-м столбце указывают номера вершин, во 20м столбце указывают номера связей (дуг) в части Б в первом столбце указывают номера вершин, а во 2-м столбце номера связей(дуг выходящих из вершины.
|
|
|
| Таблица А (дуги вход) | Таблица Б (дуги выход) | ||
| -- | |||
| 2,3 | |||
| 2,7 | |||
| 4,6 | |||
| 6,7,8 | |||
| 3,8 | |||
| 9,10 | |||
| 10,18 | |||
| -- |
Все из перечисленных способов структуры ХТС рациональны
Задача определения оптимальной последовательности расчета выполняется в 2-а этапа и решается в 2-а этапа. На первом этапе выполняют анализ структуры ХТС в целом, выделяют комплексы и все контуры входящие в эти комплексы. На 2-м этапе проводят анализ структуры комплекса и определяют связи разрыв которых позволяет перевести комплекс к разомкнутому виду для применения итерационного способа расчета и определяют окончательную последовательность расчета всей системы.
