Синтез химико-технологической схемы

Курсовой проект - Химия

Другие курсовые по предмету Химия

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Пожалуйста введите слова с картинки:

2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



2. y: результат ранжирования факторов: x1-П; x2-Vабс; x3-Твх.

f1(П)=0,0015*П-0,0208*П+0,9224 ;

f2(Vабс)=0,0178*Vабс+0,5546;

f3(Tвх)=-0,3571*ln(Tвх)+2,8582;

y=84,4*(0,0015*П-0,0208*П+0,9224)*(0,0178*Vабс+0,5546)*

*(-0,3571*ln(Tвх)+2,8582);

η=0,9743;

ε=1,33 %.

Обе модели адекватно описывают процесс.

В соответствии с Заданием для абсорбера 1 определены значения входных параметров: Твх=180C, П=18 м/м, Vабс=25 м. В соответствии с разработанной статистической моделью для абсорбера 1 получены значения выходных параметров: Твых=51,6C, y=87,57.

В соответствии с Заданием для абсорбера 2 определены значения входных параметров: Твх=175C, П=18 м/м, Vабс=26 м. В соответствии с разработанной статистической моделью для абсорбера 2 получены значения выходных параметров: Твых=49,2C, y=90,02.

Полученные значения выходных параметров использовались для расчета абсорберов и для построения системы теплообмена.

 

1.2 Математическое описание аппаратов

 

1.2.1 Реакторы идеального вытеснения

Для получения достоверных данных о протекающем процессе требуется, очевидно, определить степень влияния различных факторов (гидродинамический режим, температура, давление и т.д.) на протекающий в данном аппарате химический процесс. Для описания непрерывных химических процессов используются модели химических реакторов идеального вытеснения (РИВ) и идеального смешения (РИС).

Модель идеального вытеснения характеризуется так называемым поршневым движением потока продольное перемешивание в аппарате отсутствует, поперечное перемешивание в слоях полное. Такая модель удовлетворительно описывает, например, многие процессы в длинных трубах, особенно заполненных зернистыми слоями. В аппаратах РИВ в ходе процесса концентрация реагентов (а следовательно, и движущая сила) монотонно снижается; одновременно уменьшается скорость процесса, а также производительность аппарата. Соответственно, для реакций, протекающих в РИВ, математическое описание представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений. В общем виде уравнение материального баланса может быть записано следующим образом:

 

, (17)

где ri скорость реакции по j-му реагенту в данный момент времени.

Для нашего случая система уравнений материального баланса будет иметь вид:

 

. (18)

 

Поскольку в нашем случае протекает экзотермическая реакция, то систему необходимо дополнить уравнением теплового баланса, учитывающим изменение температуры во времени:

 

, (19)

 

где - коэффициент адиабатического разогрева, К;

q тепловой эффект реакции, ккал/кмоль;

Cp мольная теплоемкость реакционной смеси, ккал/(кмоль*К).

Для решения данной системы необходимо определить начальные условия. В данном случае ими являются концентрации компонентов А,В и С, а также температура Т на входе в реактор (τ=0). Поскольку требуется определить концентрации компонентов и температуру на выходе из реактора, заранее определяется время нахождения реакционной смеси в реакторе (время контакта). Для РИВ время контакта в i-м реакторе определяется по формуле:

 

, (20)

где Vi объем i-го реактора, м;

Wi объемный расход реакционной смеси на входе в i-й реактор, м/с.

В данной работе решение системы проводилось с помощью метода РунгеКутта (использовался программный продукт Mathcad 2001 Professional и стандартная функция rkfixed). Определялись концентрации компонентов и температура на выходе из реакторов, проводилась корректировка объемного расхода реакционной смеси после каждого реактора (поскольку в результате реакции объем смеси уменьшался). Расчеты реакторов велись совместно с расчетом абсорберов, поскольку значения расхода и концентраций компонентов на выходе из 3-го реактора были необходимы для расчета 1-го абсорбера, и т.д. Данные по реакторам, полученные в результате расчетов, сведены в таблицу 3.

 

Таблица 3. Результаты расчета РИВ

№ реактораV,

мОбъемный расход смеси на входе в реактор, м/чТвх,

ККонцентрации компонентов, об.долиТвых,

КНа входе в реакторНа выходе из реактораА0В0С0АВС1701200006880,080,090,00080,0210,060,068582501158007330,0210,060,060,0070130,0530,074773,13501149006930,0070130,0530,0740,003730,0510,077702,44601069006880,0040,0550,010,00025840,0530,014698,75401067006780,00025840,0530,0140,00015970,0530,014678,3

Как видно из таблицы 3, смесь реагирует достаточно хорошо в 1-м и 2-м реакторах, а в 5-м реакторе почти не реагирует. Данный факт обуславливается чрезвычайно малой концентрацией компонента А в смеси, поступающей в аппарат. В то же время в конечной смеси, выходящей из 5 го реактора, высока концентрация В, что указывает на недостаток компонента А в исходной смеси.

 

1.2.2 Абсорберы

В абсорберах происходит поглощение (абсорбция) компонента С из газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Процесс абсорбции может быть описан с помощью уравнений массообмена. Однако, поскольку в п. 1.1.2. была получена статистическая модель абсорберов и определены выходные параметры Твых и степень поглощения y, в расчетах абсорберов 1 и 2 мы пользовались ею. Расчет абсорберов велся совместно с расчетом реакторов, что обусловлено причинами, приведенными выше. Результаты расчета абсорберов приведены в таблице 4.

 

Таблица 4. Результаты расчета абсорберов.

ПараметрАбсорбер 1Абсорбер 2Vабс, м2526Плотность орошения, м/м1818Твх, C180175Объемный расход смеси на входе в абсорбер, м/ч114600106700Концентрации компонентов на входе в абсорбер, об.доли

А

В

С

 

0,00373

0,051

0,077

 

0,0001597

0,053

s