Моделирование процесса
Этот этап заключается в решении на ЭВМ математической модели процесса при варьировании параметров процесса в интересующем для данного исследования диапазоне.
Анализ полученной информации
Это заключительный этап решения задачи. Он сводится к изучению и проверке результатов, полученных при решении математической модели. При этом любому не предполагаемому заранее решению необходимо дать рациональное объяснение, чтобы гарантировать себя от ошибок, которые могут возникнуть в результате вычислений.
В каждом реальном процессе параметры в силу различных причин не остаются постоянными, причем они могут меняться в довольно широком диапазоне. Поэтому необходимо проводить анализ функционирования смоделированного процесса при изменении различных параметров.
Такой анализ, как правило, преследует три основные цели:
1) исследовать поведение модели при варьировании изменяющихся параметров;
2) определить, является ли данная модель работоспособной при варьировании изменяющихся параметров и, соответственно, определить пределы работоспособности модели;
3) скорректировать модель с целью расширения диапазона ее работоспособности и улучшения ее эксплуатационных характеристик.
На основании проведенного анализа принимают решение – выдать рекомендации для практической реализации или продолжить исследование.
Лекция 2 Основные принципы анализа и расчета процессов и аппаратов.
Процессы химической технологии связаны с разнообразными физическими и химическими явлениями. Однако большинство этих процессов характеризуется сравнительно ограниченным числом физических законов. Применение основных законов физики к изучению процессов химической технологии составляет теоретическую основу курса «Процессы и аппараты».
Применение основных физических законов к изучению процессов химической технологии
Так, на законах сохранения массы и энергии основаны материальный и энергетический балансы. Для большинства процессов весьма важное значение имеют законы, характеризующие условия равновесия процессов, а также законы, описывающие изменения в системах, не находящихся в равновесии.
Материальный баланс. По закону
сохранения массы, количество веществ,
поступающих на переработку (
),
равно количеству веществ, получаемых
в результате переработки (
),
т. е. приход вещества равен расходу. Это
можно представить в виде уравнения
материального баланса:
Для периодических процессов материальный баланс составляется на одну операцию, для непрерывных процессов – за единицу времени, например за 1 ч.
Материальный баланс можно составить для одного аппарата, для его части или для группы аппаратов. В то же время материальный баланс может быть составлен для всех перерабатываемых веществ или только для одного из компонентов.
Рассмотрим, например, фильтрование суспензии. В результате фильтрования получаются осадок и фильтрат. В данном случае перерабатываемый материал состоит из двух компонентов: твердого вещества и жидкости. Уравнение материального баланса можно составить либо для общего количества суспензии, либо для твердого вещества, либо для жидкости. Из этих трех уравнений независимыми будут только два. Так, уравнение материального баланса для общего количества суспензии получится, если сложить почленно уравнения материального баланса для твердого вещества и для жидкости.
Энергетический баланс. По закону сохранения энергии, количество энергии, введенной в процесс, равно количеству ее, полученному в результате проведения процесса, т. е. приход энергии равен расходу ее.
Энергия может вводиться в процесс и отводиться вместе с участвующими в нем веществами или отдельно от них. Энергия, вводимая и отводимая с веществами, состоит из внутренней, потенциальной и кинетической энергии этих веществ.
К энергии, вводимой и отводимой из процесса отдельно от участвующих в нем веществ, относятся: тепло, подводимое в аппарат путем его обогрева через стейку или электрическим током; механическая работа, затрачиваемая в насосе или компрессоре, а также тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду.
Наиболее общим выражением энергетического баланса применительно к процессам химической технологии является обобщенное уравнение Бернулли (рассмотрим позже, в разделе гидравлики).