Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Топ:
Оценка эффективности инструментов коммуникационной политики: Внешние коммуникации - обмен информацией между организацией и её внешней средой...
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Интересное:
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Дисциплины:
2017-06-29 | 1050 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Математическое моделирование химических реакторов и протекающих в них химических процессов
Моделирование — это метод изучения различных объектов, при котором исследования проводят на модели, а результаты количественно распространяют на оригинал.
Математическая модель — некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое сохраняет наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме.
Химический реактор рассматривают как сложную систему, т. е. множество элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и образующих целостность, единство. Реактор и реакционный узел, будучи сложными объектами, имеют многоступенчатую структуру, и их математические модели строятся последовательно на основе предварительного построения моделей их составных частей и введения соотношений, связывающих переход с одного уровня на другой. Рассмотрим основные уровни химического процесса, протекающего в реакторе (в порядке возрастания ступеней иерархии).
Молекулярный уровень — межмолекулярное взаимодействие на расстояниях порядка размеров молекул, определяемое прежде всего закономерностями химической кинетики.
Уровень малого объема - некоторый элемент реакционного объема макроскопического размера, например сфера или цилиндр с поперечным сечением в несколько квадратных миллиметров или сантиметров.(зерно катализатора, пузырек газа, элемент насадки в насадочной колонне и т. д.) Закономерности предыдущего уровня должны быть теперь дополнены закономерностями тепло- И массопереноса.
Уровень рабочей зоны аппарата — статистическая совокупность изученных на предыдущем уровне элементов малого объема, например слой катализатора, насадочный слой, барботажный слой и т. д. На этом уровне необходимо учитывать эффекты, связанные с характером движения потока.
|
Уровень аппарата — конфигурация, взаимная связь и взаимное расположение рабочих зон аппарата, например несколько слоев катализатора, разделенных теплообменниками, в многослойном каталитическом реакторе или несколько барботажных тарелок в колонном аппарате для проведения газожидкостных реакций.
Протекающий в реакторе химический процесс представляет собой единство химической реакции и процессов переноса (тепло-, массопереноса и переноса импульса). Уравнения, входящие в математическую модель, должны учесть все эти явления.
Химические реакторы с идеальной структурой потока в изотермическом режиме
Реактор идеального вытеснения (РИВ)
Реактор идеального вытеснения представляет собой длинный канал, через который реакционная смесь движется в поршневом режиме (рис. 3). Каждый элемент потока, условно выделенный двумя плоскостями, перпендикулярными оси канала, движется через него как твердый поршень, вытесняя предыдущие элементы потока и не перемешиваясь ни с предыдущими, ни со следующими за ним элементами.
Идеальное вытеснение возможно при выполнении следующих допущений: 1) движущийся поток имеет плоский профиль линейных скоростей; 2)отсутствует обусловленное любыми причинами перемешивание в направлении оси потока; 3) в каждом отдельно взятом сечении, перпендикулярном оси потока, параметры процесса (концентрации, температуры и т.д.) полностью выровнены
Рис. 3. Схематическое изображение реактора идеального вытеснения |
В реальном реакторе можно приблизиться к режиму идеального вытеснения, если реакционный поток — турбулентный и при этом длина канала существенно превышает его поперечный размер (например, для цилиндрических труб L/D > 20).
В соответствии с принятыми допущениями общее уравнение материального баланса (6) для элементарного объема проточного реактора можно упростить. Прежде всего в качестве элементарного объема в этом случае можно рассматривать объем, вырезанный двумя параллельными плоскостями, находящимися друг от друга на бесконечно малом расстоянии dz и перпендикулярными оси канала z (см. рис. 3). В этом элементарном объеме в соответствии с третьим допущением dcj/dx = 0 и dcj/dy = 0. Следовательно, конвективный перенос происходит только в направлении оси z. В соответствии со вторым и третьим допущениями диффузионный перенос в реакторе идеального вытеснения отсутствует (как и в реакторе смешения). Следовательно, уравнение (6) для реактора идеального вытеснения в нестационарном режиме работы примет вид
|
. (18)
При стационарном режиме:
. (19)
В реакторе с постоянной площадью поперечного сечения канала линейная скорость потока uz будет величиной постоянной, равной отношению объемного расхода v к площади сечения Тогда, с учетом того, что , уравнение (19) можно записать в таком виде:
. (20)
Уравнение (20) для стационарного режима реактора идеального вытеснения можно проинтегрировать относительно ;
(21)
или, если J — исходный реагент,
. (22)
Уравнения (22), (21) по виду напоминают уравнения (10), (13) для периодического реактора идеального смешения. Если считать, что элементарный объем dV, для которого составлялся материальный баланс, может двигаться месте с потоком, то в поршневом режиме он может рассматриваться как своеобразный периодический микрореактор идеального смешения, время проведения реакции в котором равно среднему времени пребывания реагентов в реакторе идеального вытеснения.
Пример 2. Определить среднее время пребывания реагентов в проточном реакторе идеального вытеснения для условий примера 5. 1(реакция второго порядка , кинетическое уравнение = 2,5 , = 4 кмоль/ , = 0,8).
Решение. Используем для расчета уравнение (23):
.
Таким образом, для достижения аналогичных результатов значение для реактора идеального вытеснения (0,4 ч) существенно меньше, чем значение для проточного реактора идеального смешения.
Математическое моделирование химических реакторов и протекающих в них химических процессов
Моделирование — это метод изучения различных объектов, при котором исследования проводят на модели, а результаты количественно распространяют на оригинал.
|
Математическая модель — некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое сохраняет наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме.
Химический реактор рассматривают как сложную систему, т. е. множество элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и образующих целостность, единство. Реактор и реакционный узел, будучи сложными объектами, имеют многоступенчатую структуру, и их математические модели строятся последовательно на основе предварительного построения моделей их составных частей и введения соотношений, связывающих переход с одного уровня на другой. Рассмотрим основные уровни химического процесса, протекающего в реакторе (в порядке возрастания ступеней иерархии).
Молекулярный уровень — межмолекулярное взаимодействие на расстояниях порядка размеров молекул, определяемое прежде всего закономерностями химической кинетики.
Уровень малого объема - некоторый элемент реакционного объема макроскопического размера, например сфера или цилиндр с поперечным сечением в несколько квадратных миллиметров или сантиметров.(зерно катализатора, пузырек газа, элемент насадки в насадочной колонне и т. д.) Закономерности предыдущего уровня должны быть теперь дополнены закономерностями тепло- И массопереноса.
Уровень рабочей зоны аппарата — статистическая совокупность изученных на предыдущем уровне элементов малого объема, например слой катализатора, насадочный слой, барботажный слой и т. д. На этом уровне необходимо учитывать эффекты, связанные с характером движения потока.
Уровень аппарата — конфигурация, взаимная связь и взаимное расположение рабочих зон аппарата, например несколько слоев катализатора, разделенных теплообменниками, в многослойном каталитическом реакторе или несколько барботажных тарелок в колонном аппарате для проведения газожидкостных реакций.
Протекающий в реакторе химический процесс представляет собой единство химической реакции и процессов переноса (тепло-, массопереноса и переноса импульса). Уравнения, входящие в математическую модель, должны учесть все эти явления.
|
|
|
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!