План лекции

ВЫВОДЫ

1.Изоморфная модель отражает все характеристики и особенности

функционирования реальной ХТС, гомоморфные модели упрощенно

отображают наиболее существенные процессы функционирования

системы

2. Оптимизация ХТС – это операция определения значений параметров технологических режимов, конструкционных и технологических параметров элементов, которые обеспечивают оптимальное значение КЭ функционирования ХТС

3.Синтез ХТС – это операция создания ХТС для производства заданной химической продукции с учетом требований к

функционированию ХТС

Лекция 7 Эксергетический баланс. Классификация химических реакторов

1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНСЫ

1.Эксергетический баланс. Эксергетический КПД

2. Классификация химических реакторов.

3.Математическая модель реактора идеального смешения перидического и непрерывного действия.

При разработке химико-технологических процессов проводятся разнообразные расчеты для количественной оценки протекающих операций, а также для определения оптимальных значений параметров технологического процесса. Во всех случаях при расчетах учитываются законы гидродинамики, тепло-и массопередачи и химической кинетики, поэтому расчеты материальных потоков обычно сочетаются с энергетически-

ми расчетами, для этого составляют материальный и энергетический балансы.

Материальный баланс – это вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате этого взаимодействия, т.е. приход вещества Σ B прих равен его расходу Σ B расх.

Таким образом, уравнение материального баланса можно представить в виде

Σ B прих = Σ B расх.

Для периодических процессов материальный баланс составляют в расчете на одну операцию, для непрерывных процессов – за единицу времени.

Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций. Он может быть составлен для всех веществ, участвующих в процессе, или только для одного какого-либо вещества. Обычно учитываются не все протекающие реакции и получаемые побочные продукты, а лишь те, которые имеют существенное значение, т.е. материальный баланс носит приближенный характер. Материальный баланс составляют для процесса в целом или для отдельных его стадий. При этом учет массы веществ производится отдельно для твердой, жидкой и газовой фаз, поэтому, в общем виде, материальные балансы выражаются обычно в виде уравнения

В т + В ж + В г = В т′ + В ж′ + В г′, (1)

где В т, В ж, В г – массы твердых, жидких и газообразных веществ, поступающих в производство или на анную операцию в единицу времени;

В′ т, В′ ж, В′ г – массы получаемых продуктов.

Иногда при проведении практических расчетов могут не приниматься во внимание отдельные фазы (твердая, жидкая или газообразная) либо в одной какой-либо фазе учитывается существование нескольких разных веществ, поэтому уравнение (1) соответственно упрощается или усложняется. При проектировании обычно задаются массой целевого продукта.

ство энергии, введенной в процесс, равно количеству выделяющейся энергии, т.е. приход энергии равен ее расходу.

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СВЯЗАНЫ С ЗАТРАТОЙ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ – ТЕПЛОВОЙ, МЕХАНИЧЕСКОЙ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ. ПОСКОЛЬКУ В ЭТИХ ПРОЦЕССАХ ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ ИМЕЕТ НАИБОЛЬШЕЕ ЗНАЧЕНИЕ, ДЛЯ НИХ ОБЫЧНО СОСТАВЛЯЮТ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС.

В ЭТОМ СЛУЧАЕ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ФОРМУЛИРУЕТСЯ ТАК: ПРИХОД ТЕПЛА В ДАННОЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ОПЕРАЦИИ Σ Q ПPИX ДОЛЖЕН

БЫТЬ РАВЕН РАСХОДУ ТЕПЛА В ТОЙ ЖЕ ОПЕРАЦИИ Σ Q PACX, Т.Е.

Σ Q ПPИX = Σ Q PACX (2)

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС СОСТАВЛЯЮТ ПО ДАННЫМ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА С УЧЕТОМ ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ФИЗИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ, ПРОТЕКАЮЩИХ В АППАРАТЕ, А ТАКЖЕ С УЧЕТОМ ПОДВОДА ИЛИ ОТВОДА ТЕПЛА. В ОБЩЕМ ВИДЕ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ВЫРАЖАЮТ УРАВНЕНИЕМ:

Q Т + Q Ж + Q Г + Q Ф + Q Р + Q П = Q′ Т + Q′ Ж + Q′ Г + Q′ Ф + Q′ Р + Q′ П, (3)

ГДЕ Q Т, Q Ж, Q Г – ТЕПЛО, ВНОСИМОЕ С ПОСТУПАЮЩИМИ В АППАРАТ ТВЕРДЫМИ, ЖИДКИ-

МИ И ГАЗООБРАЗНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ;

Q′ Т, Q′ Ж, Q′ Г – ТЕПЛО, УНОСИМОЕ ВЫХОДЯЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ;

Q Ф, Q′ Ф – ТЕПЛО, ВЫДЕЛЯЕМОЕ И ПОГЛОЩЕННОЕ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ ПРО-

ЦЕССАХ;

Q Р, Q′ Р – ТЕПЛО ЭКЗО- И ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ;

Q П, Q′ П – ТЕПЛО, ПОДВОДИМОЕ В АППАРАТ ИЗВНЕ И ВЫВОДИМОЕ ИЗ НЕГО.

НЕКОТОРЫЕ ИЗ ПРИВЕДЕННЫХ СТАТЕЙ ПРИХОДА (ИЛИ РАСХОДА) МОГУТ ОТСУТСТВОВАТЬ, ТОГДА УРАВНЕНИЕ (3) СООТВЕТСТВЕННО УПРОЩАЕТСЯ.

Балансовые уравнения, базирующиеся на законах сохранения и превращения массы и энергии, дополняют эксергетическим балансом, основанным на одновременном учете первого и второго начал термодинамики.

Уравнение эксергетического баланса в общем виде имеет следующий вид:

Σ Е`= ΣЕ``+D

где Σ Е`и ΣЕ – входящие и выходящие потоки эксергии D – потоки эксергии

Разность между приходом и расходом эксергии представляет собой потери эксергии вследствие необратимого теплообмена:

D =(E1 – E2) – (E4 – E1)

Эти потери можно рассчитать без определения эксергии потоков, зная только энтропии теплоносителей:

D1 = T0 ΔS = T0 (S4 – S3)- (S1 - S2)

• Для эксергии неприменим общий закон сохранения: сумма эксергии всех элементов системы в ходе процесса уменьшается;

• только при отсутствии потерь (в обратимом процессе) сумма эксергии до и после процесса остается постоянной; в каждом необратимом процессе эксергия преобразуется в энергию.

• называется эксергетическим КПД, который всегда меньше единицы. Эксергетический КПД показывает степень приближения системы к идеальной. Для идеального процесса, где потери эксергии отсутствуют, n e, = 1, или 100%. Если же подведенная эксергия полностью теряется в процессе, то ne = 0.