 |
Моделирование химико-технологических процессов и реакторов
|
|
|
|
Моделирование химико-технологических процессов и реакторов необходимо осуществлять при проведений исследований, на стадий проектирования производств и для оптимизаций работы действующих аппаратов и установок. При организаций нового призводства моделирование связывает исследовательскую работу с проектной, позволяя переходить от лабораторного исследование к производственному осуществлению процесса. Моделирование какого-либо физического явления, в том числе и химико-технологического процесса – это осуществления явления, подобного прототипу. Подобными называются такие явления, для которых соотношение сходственных, характеризующих их величин постоянны.
Таким образом, моделирование технологического процесса предпологает его познание через модели – такие упрощенные системы, которые отражают отдельные ограниченные в нужном направлений стороны явления рассматриваемого процесса.
Первая задача моделирование –математическое определение функциональной связи скорости процесса u или константой скорости к, или выхода продукта х с определяющими их величинами.
Основными характеристиками химико-технологичесих процессов, определяющими их скорость, являются концентраций исходных веществ и продуктов взаимодействия в реакционном объеме 
коэфиценты эффективной диффузий компонентов системы 
, 
температура в реакционном объеме Т и давление Р.
Физическое моделирование предпологает изучение химико-технологических процессов непосредственно при его воспроизвелении в разных масштабах и проведений анализа влияние физических параметров и линейных размеров. Эксперименты проводят на исследуемом объекте, а оброботка опытных данных осуществляется составлением критериальных уравнений на общего метода подобня или анализа размерности.
|
|
|
Математическое моделирование применимо для процессов, аппаратов и целых химико-технологических систем любой сложности. Поскольку математическое описание химико-технологических процессов и систем почти всегда весьма сложно, метод математического моделирование получил широкое применение после развития средств вычислительной техники. Характерной чертой метода математического моделирование является принцип изоморфности математических модели, т.е. одинаковое по форме математическое описание для разных по физической природе явления.
Моделирование методом масштабного перехода на основе частных соотношении применяется, если нет не полного математического описание процесса, ни критериальных уравнений. При моделирований таких процессов использует соответствующие технологические параметры таких же подобных или анологичных производств.
Основные требования к промышленным реакторам: производительность, выход продукта, энергетические затраты, управляемость. Низкая стоимость его изготовление
Производительность
Показателем, характеризующим эффективность работы машин, аппаратов, установок, цехов и заводов в целом, служит производительность.
|
где П – производительность;
В – количество продукта или переработанного сырья;
τ – время.
Производительность обычно измеряют в тоннах в сутки (т/сутки), килограммах в час (кг/ч), тысячах тонн в год (тыс.т/год), кубических метрах в сутки (м3/сутки). Например, производительность современного агрегата синтеза аммиака составляет 1360 т аммиака в сутки, производительность газогенератора для термической переработки сланцев 1000 т сланца в сутки.
|
|
|
Максимально возможная производительность (проектная) называется мощностью.
Выход продукта – это отношение количества полученного целевого продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях осуществления химической реакции. Для продукта R выход φ R
|
Себестоимость продукции – это денежное выражение затрат данного предприятия на изготовление и сбыт единицы продукции.
Затраты предприятия, непосредственно связанные с производством продукции, складываются из следующих статей:
1) сырье, полуфабрикаты и основные материалы, непосредственно участвующие в химических реакциях;
2) топливо и энергия на технологические цели;
3) заработная плата основных производственных рабочих;
4) амортизация, т.е. отчисления на возмещение износа основных производственных фондов: зданий, сооружений, оборудования и др.;
5) цеховые расходы, включающие затраты на содержание и текущий ремонт основных производственных фондов (в том числе и зарплату вспомогательных и ремонтных рабочих), а также затраты на содержание административно-управленческого персонала цеха, охрану труда и технику безопасности;
6) налог за загрязнение окружающей среды;
7) общезаводские расходы.Из себестоимости основного продукта обычно вычитают стоимость побочных продуктов, полученных из того же сырья. Учет себестоимости ведут по специальной форме, в которой отражаются все элементы себестоимости.
9. Реактор идеального смешения и расчеты реактора
Реакторы смешения – это емкостные аппараты с перемешиванием механической мешалкой или циркуляционным насосом.Иногда в качестве способа перемешивания используется барботаж газообразного реагента через слой жидкой реакционной массы.Для идеального смешения характерно абсолютно полное выравнивание всех характеризующих реакцию параметров по объёму реактора.
Реакторы периодические характеризуются единовременной загрузкой реагентов. При этом процесс складывается из трех стадий: загрузки сырья, его обработки (химическое превращение) и выгрузки готового продукта. tп =t + tвсп.где tп – полное время цикла; t– рабочее время (затрачиваемое на проведение химической реакции); tвсп – вспомогательное время (загрузка реагентов и выгрузка продукта).После завершения последовательности этих стадий они повторяются вновь, т.е. работа реактора осуществляется циклически. Реактор идеального смешения периодический, РИС-П, представляет собой аппарат с мешалкой, в который периодически загружают исходные реагенты
|
|
|
Реактор идеального смешения непрерывный (РИС-Н) представляет собой аппарат с мешалкой, в который непрерывно подаются реагенты, и также непрерывно выводятся из него продукты реакции.В РИС-Н наблюдается резкое изменение концентрации исходного реагента при входе в реактор в результате мгновенного смешения поступающей смеси с реакционной массой, уже находящейся в реакторе, где концентрация исходного реагента значительно ниже, чем концентрация исходного реагента в поступающей смеси.
|
|
|
