Моделирование элементов ХТС

Лекция

Смешанный каскад реактора

Граф-аналитический метод

Не требует одинакового времени пребывания в аппаратах и пригоден для реакции любых порядков. Рассчитывают и строят зависимость скорости химической реакции от концентрации. Уравнение РИС-Н графически решают систему операцию проведят до тех пор пока концентрация на выходе из последнего аппарата не станет равна конечной концентрацией по условию ведения процесса, обычно известна производительность установки. По этому зная производительность и объемы можно рассчитать количество аппаратов, но нужно помнить,,что чем больше аппаратов тем меньше объем реакции но меньше надежность всей системы поэтому число аппаратов не превышает 10 мотод удобен при выполнении реконструкции предприятий, когда заранее известно какие аппарат.

Каскад может содержать последовательно соединенные аппараты РИС и РИВ, такой каскад рассчитывают последовательно по уравнениям для отдельных видов реакторов.

ИБ

Для расчета такой схемы необходимо произвести разрыв в любой из дуг цикла, либо произвести разрыв дуги-2, либо дуги-4, рассмотрим количество параметров каждого из потоков. Поток-2 проходящий через жаровые трубы содержит пар и воду нагретую до температуры кипения, этот поток характеризуется следующими параметрами: температуры,давление и доля пара в потоке, расход. Поток-4 не содержит паровой фазы по этому его можно характеризовать параметрами. Для упрощения расчетов пренебрегают разностью гидростатических давлений в аппарате 1-2,тогда параметричность потока-2 равна 3-м. при разрыве потока-2 получаем расчетную схему

В такой схеме итерация должа проводиться по 3-м параметрам, а минимальнею ошибку Е определяют Дубль в 1-2-3 это весовые коэффициенты учитывающие вклад ошибки каждого из параметров. При разрыве связи 4 расчетная схема принимает вид:

Итеррацию ведут по 2-м параметрам:

Иногда возникают ситуации при которых одна и та же дуга входит в несколько контуров

5

1 2 3 6

Дуга 4принадлежит комплексу 3-4-3

Указанную схему можно рассчитать следующими способами:

1)

ИБ

ИБ

Вставив итерационный блок в дуги 5-4

С другой стороны в оба комплекса входит дуга 3, поэтому при расчетах можно разорвать одну дугу 3 и поставить в разрыв итерационный блок

5

ИБ

1 2 3 6

При такой расчетной схеме количество итераций многократно сокращается а точность расчета увеличивается, а количество в расчетных итеррационных параметрах является минимальным. Правила перевода из замкнутого вида к разомкнутому:

1) В комплексе всегда разрывается множество потоков имеющих наименьшую суммарную параметричность.

2) Если в комплексе имеются потоки одновременно входящие в несколько контуров, то эти потоки могут быть разорваны без определения их параметричности, так как независимо от параметричности потока количество итераций будет минимальным.

После определения последовательности расчета всей технологической схемы в координирующей программе из отдельных модулей и итеррационных блоков составляют расчетную схему ХТС и проводят расчет

В современные расчетные программы входят отдельные модули описывающие отдельный стандартные процессы. Модуль, является моделью объекта, модели бывают, 2-х видов:

1) Детерминированные модели, представляют собой математические описания всех процессов протекающих в данном аппарате детерминированная модель включает: материальный баланс, тепловой баланс кинетические уравнения описывающие скорость реакции, термодинамические уравнения уравнения описывающие гидромеханику процесса, уравнения описывающие зависимости различных физико-химических свойств реагирующий веществ от температуры, давления и так далее. Уравнения фазового равновесия, уравнения массопереноса через границу раздела фаз. Это не полный перечень математических уравнения составляющих математическую модель отдельного модуля. Часто в модели вводят упрощения так как расчет даже одного модели элемента оказывается сложным на пример:при расчете реакторов вводят модели идеального смешения, модели идеального вытеснения, позволяющие упростить расчет. Иногда реакторы смешения и вытеснения заменяют ячеичные или диффузионные модели, но тогда в качестве внешних параметров приходится вводить число ячеек или коэффициенты диффузии (подробно смотри химические реакторы) полученную математическую модель модуля проверяют на адекватность сравнивая результаты расчетов с результатами полученными на практике при работе реального аппарата в случает необходимости вводят корректирующие коэффициенты. Формируют программу расчетного модуля для компьютера. Детерминированные модели основаны на теоретически обоснованных законах описывающие данный модуль.

2) Статистические модели не включают детальное описание закономерности процесса такие модели создаются по принципу – «черный ящик» и представляют собой набор уравнений линейной и нелинейной регрессии связывающие выходные параметры модуля с входными. Уравнения получают опроксимацией результатов лабораторных исследований объекта (получение математических зависимостей с использований методов меньших квадратов). Регрессионные уравнения могут быть получены с использованием методов математического планирования экспериментов. В любом случае статистическая модель должна адекватно, то есть точно описывать объект (модуль)