Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

лекции / лекция 9

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
05.01.2023
Размер:
810.03 Кб
Скачать

ЛЕКЦИЯ 9

ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ЭФФЕКТИВНЫХ ХТС

ЛЕКЦИЯ 11 ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ЭФФЕКТИВНЫХ ХТС

Основу разработки (построения) составляют синтез и анализ ХТС

Задачи синтеза и анализа ХТС

Синтез ХТС

Анализ ХТС

Дано: сырье, материалы, виды

энергии и топлива, набор оборудования, заданы входные потоки , К =1,2….

Известно также, какие продукты, отходы будут получены, т.е. , l =1,2…

Надо:

определить основные технологические операции и выбрать главные элементы (аппараты);

выбрать на основе принципов (концепций ХТС) наилучшие технологические связи между элементами, которые формируют структуру ХТС;

выбрать и обосновать значения режимных параметров функционирования этих элементов

Дано: структура ХТС (промежуточный вариант),

входные потоки , главные элементы (аппараты);

Надо:

путем составления и решения материальных и энергетических балансов провести технологический анализ работы ХТС т.е. получить количественную информацию о параметрах потоков и состоянии элементов; Определить т.о.

значения выходных параметров и показателей работы ХТС (расходные коэффициенты по сырью, энергии,

тепловой и другие к.п.д., оценить материальные затраты, возможный

ущерб окружающей среде и т.д.

Исследовать свойства ХТС (надежность, чувствительность, устойчивость и др.) которые могут появиться при синтезе ХТС

Выбрав критерий эффективности (как правило, один из экономических показателей), провести технико-экономический анализ ХТС и ее оптимизацию. При невыполнении заданного критерия эффективности - вернуться на стадию синтеза

ХТС.

Т.о. в процессе разработки ХТС происходит постоянная циркуляция от синтеза к анализу ХТС и наоборот, до получения в итоге желаемого варианта ее организации и функционирования.

АНАЛИЗ ХТС

Чтобы судить о свойствах ХТС, показателях ее функционирования, необходимо определить состояние ХТС.

Состояние, или режим, ХТС определяется параметрами (показателями) потоков (связей) и аппаратов (элементов).

Параметры потоков - химические, физико-химические и физические данные о потоке. К ним относятся:

параметры состояния: количество потока в единицу времени (расход), фазовый состав, химический состав, температура, давление, теплосодержание; параметры свойств: теплоемкость, плотность, вязкость и другие.

Параметры элемента (аппарата, машины, агрегата) включают данные, от которых зависит его функционирование: режимные характеристики (температура, давление, гидродинамическая обстановка…), регулирующие воздействия, например температура хладагента, отводящее тепло из реактора, или подача пара в паровую турбину; возмущения, возникающие при эксплуатации аппарата, например, изменение условий процесса в реакторе вследствие дезактивации катализатора или в теплообменнике из-за загрязнения его поверхности.

Количественную информацию о параметрах потоков и элементов, а также о значениях выходных параметров и показатели работы ХТС получают

при решении материальных и энергетических балансов. Расчеты балансов главная задача технологического анализа ХТС.

Основы расчёта материального баланса ХТС

. 1. Общий вид уравнений материального баланса

Материальный баланс в реагирующей системе

рассчитывают на основе стехиометрических уравнений с учётом состава исходного сырья, степени превращения, селективности, потерь сырья

и готового продукта.

Материальный баланс основан на законе сохранения массы веществ и рассчитывается между входными и выходными потоками технологической системы с учётом протекающих в ней процессов. В соответствии с законом сохранения массы для каждого элемента ХТС, подсистемы или системы в целом в стационарном состоянии масса всех веществ, вошедших в систему, равна массе всех веществ, выходящих из неё:

K

 

L

 

G

G

k

k , вх

l

l, вых

(1)

где Gj, вх, Gk, вых – массы соответственно входных и выходных потоков; K, L – их количества; j, k – нумерация потоков.

Кроме баланса по всем потокам веществам, используют баланс по отдельным компонентам. Для i-го вещества

 

K

 

L

 

 

 

 

 

 

G

G

 

G

(2)

 

k

i,k,вх

l

 

i, l,вых

i,ист

• где Gi,ист

 

 

 

 

 

 

изменение количества i-го вещества в элементе в

результате протекания химических реакций. Если вещество

 

образуется, то Gi,ист > 0. Если

Gi,ист < 0, то вещество

 

расходуется. Если в элементе происходит ряд превращений

 

вещества, то

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

G

 

 

G

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i,ист

 

 

i,j

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

где Gi,j изменения количества i го вещества в j-м превращении; У общее число стехиометрически независимых уравнений химических

реакций).

Химические превращения протекают в реакционном элементе (реактор, реакторный узел). Изменение химического состава реагирующей смеси описывается стехиометрическими уравнениями. Они должны быть стехиометрически независимыми; их количество строго определяется (У= В – Э), При этом целесообразно выбирать такие уравнения, чтобы в левой части их стояло одно и то же исходное вещество, ключевое; тогда изменения количеств всех веществ в химическом превращении определяют через степени превращения ключевого вещества в стехиометрических уравнениях (см. радел «стехиометрические соотношения»).

2.РАСЧЁТНАЯ СХЕМА ХТС

Химико-технологическая система представляет собой совокупность аппаратов и потоков между ними. Например, на рис. показана схема ХТС, состоящая из двух реакторов Р1 и Р2 и устройства разделения Д продуктов превращения.

В системе можно выделить совокупность аппаратов подсистему, например, реакторный узел (обведен пунктирной линией a). Отдельный аппарат или подсистему будем называть "расчётным элементом ХТС" или просто элементом. В элемент входят потоки ("входные потоки") и выходят их него ("выходные потоки"). Расчётным элементом может быть ХТС в целом (обведён пунктирной линией b). В выделенном элементе входные потоки преобразуются в выходные в результате протекания химических превращений, массообменных и других процессов.

Материальный баланс может быть составлен для любого элемента - каждого аппарата,

подсистемы или ХТС в целом.

Соседние файлы в папке лекции