6.1.2 Моделирование процесса нейтрализации сточных вод в каскаде реакторов идеального смешения.
Для моделирования процесса с помощью созданной модели каскада необходимо войти в ReactOp Cascade и открыть подпрограмму Simulation.
Рисунок 1.15-Меню программы Simulation.
В меню программ Simularion выбрать команду New, что позволяет создать новую задачу моделирования.
В меню окна New появляется папка со списком созданных задач.
Рисунок 1.16-Список созданных моделей.
Задача под именем Нейтр-3 соответствует модели нейтрализации в каскаде из 3-реакторов. Помечаем эту задачу мышкой и нажимаем клавишу OK. Открывается окно со структурой задачи и возможностями задания условий моделирования.
Рисунок 1.17-Окно задания условий моделирования
Первая команда, которую необходимо выполнить, находится в разделе Common Factors. Открыв эту группу, мы получаем доступ к заданию общих групп переменных, которые переходят из одного аппарата в другой.
Рисунок 1.18. Окно задания общих факторов для моделирования каскады
После ввода величины потока и покомпонентного состава на входе, нажимаем клавишу OK и переходим последовательно к заданию условий работы каждого аппарата. Для этого кликаем по соответствующему аппарату мышкой, а затем открываем команду Temperatures and Constants. Поскольку выходные переменные концентраций каждого аппарата приравниваются к входным переменным последующего, для каждого последующего аппарата достаточно задать объем и температуру.
а)
б)
Рисунок1.19 -Задание температуры (а) и объема (б) 1-го аппарата в каскаде
а)
б)
Рисунок1.20 -Задание температуры (а) и объема (б) 2-го аппарата в каскаде
а)
б)
Рисунок1.21 -Задание температуры (а) и объема (б) 3-го аппарата в каскаде
После введения всех условий моделирования мы отмечаем 3 реактор и нажимаем команду Solve. Результаты решения представляются в виде графика. описывающего пусковой режим работы нейтрализатора, так как мы в качестве начальных условий задали нули, что соответствует пусковому режиму работы. На следующей картинке представлен график изменения концентраций компонентов на выходе из 3-го аппарата каскада. Ниже приведена таблица изменения концентраций, которая позволяет определить конечную степень нейтрализации на выходе из каскада нейтрализаторов.
Рисунок 1.22- Изменение концентраций компонентов на выходе из 3-го аппарата каскада.
Таблица 6.1
Численные значения концентраций на выходе в различные моменты времени.
Time, min |
Ca(OH)2, kmol/m3 |
CaSO4, kmol/m3 |
H2O, kmol/m3 |
H2SO4, kmol/m3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
0.001924 |
0.002016 |
0.0040314 |
0.00192377 |
10 |
0.004359 |
0.017524 |
0.0350477 |
0.00435927 |
15 |
0.005164 |
0.046706 |
0.0934117 |
0.005164314 |
20 |
0.005354 |
0.082036 |
0.1640718 |
0.005354378 |
25 |
0.005396 |
0.117458 |
0.2349159 |
0.005395655 |
30 |
0.005404 |
0.149432 |
0.2988648 |
0.005404159 |
35 |
0.005406 |
0.176383 |
0.3527663 |
0.00540598 |
40 |
0.005406 |
0.198028 |
0.3960549 |
0.005406348 |
45 |
0.005406 |
0.214792 |
0.4295837 |
0.005406414 |
50 |
0.005406 |
0.227419 |
0.4548377 |
0.005406438 |
55 |
0.005406 |
0.236716 |
0.4734321 |
0.005406446 |
60 |
0.005406 |
0.243442 |
0.4868839 |
0.005406442 |
65 |
0.005406 |
0.248229 |
0.4964587 |
0.005406448 |
70 |
0.005406 |
0.251595 |
0.5031896 |
0.00540643 |
75 |
0.005406 |
0.253937 |
0.5078736 |
0.005406442 |
80 |
0.005406 |
0.255547 |
0.5110937 |
0.005406469 |
85 |
0.005406 |
0.256642 |
0.5132836 |
0.005406453 |
90 |
0.005406 |
0.257385 |
0.5147705 |
0.005406435 |
95 |
0.005406 |
0.257889 |
0.5157785 |
0.005406449 |
100 |
0.005406 |
0.25823 |
0.5164604 |
0.005406452 |
С помощью созданной модели можно исследовать влияние секционирования реакторного объема на эффективность реакции.
Для этого мы можем провести весь процесс в аппарате объемом 6 м3, в двух аппаратах объемом 3м3 каждый и сравним с результатами проведения процесса в трех аппаратах по 2м3 каждый. Т.е., сохраняя общий реакторный объем постоянным, исследуем влияние секционирования его на равные объемы на общий результат нейтрализации. Для этого в первом аппарате мы поставим объем аппарата 6 м3 и нажмем клавишу Solve.
Рисунок 1.23.Графики изменения концентраций компонентов в процессе нейтрализации в одном аппарате объемом 6м3.
Таблица 6.2
Численные значения концентраций на выходе в различные моменты времени при нейтрализации в одном аппарате объемом 6м3.
Time, min |
Ca(OH)2, kmol/m3 |
CaSO4, kmol/m3 |
H2O, kmol/m3 |
H2SO4, kmol/m3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
0.019937 |
0.021141 |
0.042281 |
0.01993713 |
10 |
0.020524 |
0.055247 |
0.1104934 |
0.02052449 |
15 |
0.020534 |
0.084538 |
0.1690759 |
0.02053449 |
20 |
0.020534 |
0.109286 |
0.2185717 |
0.02053372 |
25 |
0.020533 |
0.130188 |
0.2603768 |
0.02053289 |
30 |
0.020531 |
0.147842 |
0.2956848 |
0.02053129 |
35 |
0.020533 |
0.16275 |
0.3254993 |
0.02053327 |
40 |
0.020533 |
0.175341 |
0.3506824 |
0.02053298 |
45 |
0.020532 |
0.185977 |
0.3719538 |
0.02053165 |
50 |
0.020533 |
0.194958 |
0.3899156 |
0.02053314 |
55 |
0.020533 |
0.202542 |
0.4050848 |
0.02053336 |
60 |
0.020536 |
0.208946 |
0.4178927 |
0.02053574 |
65 |
0.020533 |
0.21436 |
0.4287203 |
0.02053343 |
70 |
0.020533 |
0.218932 |
0.4378648 |
0.02053321 |
75 |
0.020534 |
0.222794 |
0.445588 |
0.02053371 |
80 |
0.020533 |
0.226055 |
0.4521097 |
0.02053279 |
85 |
0.020533 |
0.228807 |
0.4576147 |
0.0205332 |
90 |
0.020533 |
0.231132 |
0.4622648 |
0.0205329 |
95 |
0.020533 |
0.233096 |
0.4661921 |
0.02053282 |
100 |
0.020533 |
0.234754 |
0.4695086 |
0.02053316 |
Затем установим в первых двух аппаратах объемы по 3м3 и нажмем клавишу Solve. Получим график решения уравнения модели из двух аппаратов объемом 3м3 каждый.
Рисунок 1.24.Графики изменения концентраций компонентов в процессе нейтрализации в двух аппаратах объемом 3м3 каждый.
Таблица 6.3
Численные значения концентраций на выходе в различные моменты времени при нейтрализации в двух аппаратах объемом 3м3 каждый.
Time, min |
Ca(OH)2, kmol/m3 |
CaSO4, kmol/m3 |
H2O, kmol/m3 |
H2SO4, kmol/m3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
0.005608 |
0.006472 |
0.0129433 |
0.005608058 |
10 |
0.007922 |
0.031034 |
0.0620684 |
0.007921668 |
15 |
0.008296 |
0.062856 |
0.1257128 |
0.008296267 |
20 |
0.00835 |
0.09506 |
0.1901204 |
0.008350287 |
25 |
0.008358 |
0.12469 |
0.2493793 |
0.008358202 |
30 |
0.008359 |
0.150555 |
0.3011103 |
0.008358523 |
35 |
0.008359 |
0.172379 |
0.3447569 |
0.008358651 |
40 |
0.008358 |
0.190355 |
0.3807089 |
0.008358403 |
45 |
0.008358 |
0.204896 |
0.409791 |
0.00835826 |
50 |
0.008358 |
0.216491 |
0.4329815 |
0.008358413 |
55 |
0.008359 |
0.225632 |
0.4512645 |
0.008358642 |
60 |
0.008359 |
0.232775 |
0.4655508 |
0.008358611 |
65 |
0.008359 |
0.238315 |
0.4766303 |
0.008358586 |
70 |
0.008359 |
0.242582 |
0.4851641 |
0.00835862 |
75 |
0.008359 |
0.245852 |
0.4917043 |
0.008358655 |
80 |
0.008359 |
0.248346 |
0.4966911 |
0.008358649 |
85 |
0.008359 |
0.250237 |
0.500474 |
0.0083586 |
90 |
0.008358 |
0.251665 |
0.5033302 |
0.008358329 |
95 |
0.008359 |
0.25274 |
0.5054807 |
0.008358592 |
100 |
0.008359 |
0.25355 |
0.5070989 |
0.008358719 |
Теперь мы сопоставим результаты моделирования при различном числе аппаратов в каскаде при равенстве общего реакторного объема в следующей таблице:
Таблица 6.4
Конечное содержание серной кислоты при нейтрализации в различном числе аппаратов при общем равном реакторном объеме.
Число аппаратов в каскаде |
1 |
2 |
3 |
Конечная концентрация серной кислоты |
0.02053316 |
0.008358719 |
0.005406452 |
На следующем рисунке изображена графическая зависимость степени нейтрализации от секционирования реакционного объема.
Рисунок 1.25.Концентрация серной кислоты после нейтрализации в аппарате с различным числом секций.
Как видно из рисунка наиболее резко степень нейтрализации уменьшается при переходе от одного аппарата к двум и трем. Дальнейшее увеличение числа аппаратов в каскаде не дает заметного эффекта и сопряжено с удорожанием аппаратурного оформления.