Разработка статической модели ХТС

 

Кафедра кибернетики химико-технологических  процессов

 

 

 

 

 

 

 

расчетно-графическая работа по курсу:

 

«математическое моделирование ХТС»

задание №1.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва

 

2011

 

Содержание

1. ЗАДАНИЕ 3

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 4

3. РЕШЕНИЕ 5

4. ВЫВОДЫ 9

5. БИБЛЕОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 10

 

 

1. ЗАДАНИЕ

Разработать статическую  модель химико-технологической системы  непрерывного действия. Определить концентрацию компонентов и объемный расход на выходе                (

А₁: РИС (А P S)

А₂: РИВ (А P S)

А₃, А₄: ИС

 

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Технологические процессы в  непрерывном режиме работы характерны для производств крупнотоннажной  продукции, т.е. если необходимо обеспечить получение большого количества продукта одинакового качества. Непрерывные  процессы осуществляются одновременно в разных аппаратах. Аппараты, рассматриваемые  при моделировании систем, в качестве их элементов, могут относиться к  одному из двух классов:

-аппараты с сосредоточенными параметрами, когда переменные состояния не изменяются по координатам;

-аппараты с распределенными параметрами, в которых значения переменных состояний зависят от координат.

Математические модели технологических  аппаратов представлены системами  уравнений баланса субстанций и  уравнения связи между переменными  состояния, выражающих фундаментальные  химико-технологические законы. Для  объектов с сосредоточенными параметрами  обе подсистемы имеют вид конечных уравнений (в частных случаях  – алгебраических), для объектов с распределенными параметрами  – подсистема уравнений баланса  имеет вид ОДУ или с частными производными, а подсистема переменных состояния – вид конечных уравнений.

 

3. РЕШЕНИЕ

Определим компонентный состав потоков 

=( ); ;

; ;

; ;

; ; .

Сформируем структурную  схему модели.

Тогда символически математическую модель ХТС можно представить  в виде:

Математическая модель реактора идеального смешения:

   

Стационарным процесс будет, если объемные расходы на входе и на выходе равны.

 

Реактор идеального вытеснения – это аппарат с распределенными  по длине l параметрами, его модель имеет вид обыкновенного дифференциального уравнения, выражающего материальный баланс реактора.

Математическая модель реактора идеального вытеснения:

 

 

 

Решение системы:

Нахождение концентрации

 

 

 

 

=0.113

Нахождение концентрации

 

 

 

Нахождение концентрации

 

 

 

=1.572

Переведем концентрацию компонентов  из объемной мольной концентрации в  мольную долю. Примем, что инертный носитель – вода.

Составим материальный баланс идеального сепаратора. Масса компонентов на входе и выходе сепаратора одинакова. В потоке выделяется чистый компонент P ( .

Переведем размерность потоков:

Составим материальный баланс второго идеального сепаратора. В  потоке выделяется чистый компонент А.

   

Переведем размерность потоков:

4. ВЫВОДЫ

Разработали требуемую статическую  модель химико-технологической системы, с помощью которой смогли вычислить  концентрацию компонентов и объемный расход на выходе из системы.

В результате расчета получили:

Выходная концентрация целевого продукта Р и реагента А равны, что свидетельствует о неполном превращении реагента в продукты реакции и больших потерях. Чтобы усовершенствовать процесс, можно ввести в систему рециркулирующий поток, который подавал бы чистый компонент А  (после ИС) на вход РИС.

 

 

5. БИБЛЕОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Макаров В.В. Математическое моделирование химико-технологических систем: учеб. пособие / В.В. Макаров. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. – 92с.
2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология: Учеб. для техн. вузов / А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 520с., ил.
3. В.С. Бесков, Л.В. Гришин, В.Н. Зайцев Химические реакторы / текст лекций. – М.: МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1984 – 48с.