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

Лаб5 (Оптимизация химического процесса)

.docx
Скачиваний:
18
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
66.41 Кб
Скачать

Работа 5. Оптимизация химического процесса.

Цель и задача работы.

Необходимо найти такое сочетание значений температуры на входе и времени пребывания, при котором приведенные затраты окажутся минимальными.

Для определения положения оптимума необходимо исследовать зависимость затрат от параметров(температуры и времени).

Решение при заданных значениях температуры на входе и времени пребывания в реакторе проводится на компьютере численным методом.

Теоретическая часть.

Схема реакции:

(1) А1 → А2

(2) 2А2 → А3

(3) А3 → А4

Параметры уравнения Аррениуса:

Энергия активации

Предэкспоненциальный множитель

47140,82

4,29·105

95341,52

2,54·1012

81429,96

8,5·1010

Матрица стехиометрических коэффициентов:

Исходная область исследования:

по температуре 368-378 К;

по времени 1-5 с.

В качестве критерия оптимальности для данной реакции выбираем приведенные затратысумму затрат, приходящуюся на единицу полученного продукта.

При формировании критерия отнесем все затраты к единице объема пропущенной через реактор жидкости. Обозначим эти цены так:

Ц1 – цена реагента, 0,35 руб/кмоль;

Ц3 – стоимость обезвреживания полученного побочного продукта А3, 5,2 руб/кмоль;

Ц4 – то же для продукта А4, 4,8 руб/кмоль;

Цv – стоимость обработки (разделения, перекачки) жидкости, выходящей из реактора, 0,7 руб/м3;

ЦV – стоимость обслуживания реактора, пропорциональная его объему, 0,35 руб/(м3ч).

П- производительность по продукту, 185 кмоль/ч.

Обозначим:

v - объемный расход жидкости, м3/с;

В – среднее время пребывания, с;

V – объем реактора, м3.

Тогда статьи расхода будут выглядеть так:

затраты на приобретение реагента: з11v(c10-c1), где второй член в скобках учитывает возврат непрореагировавшего реагента в процесс;

затраты на обезвреживание продукта А3: з33vc3;

затраты на обезвреживание А4: з44vc4;

затраты на обеспечение разделение и перекачки жидкости: зvvv;

затраты на обслуживание реактора: зV=ЦVV=ЦVBv/3600.

Эти затраты относим к количеству полученного продукта, равному vc2, и окончательно (после сокращения на v) получаем целевую функцию U:

U=(Ц1(с101)+Ц3с34с4v+ЦVB/3600)/c2

Ограничения:

T≤Tmax

V≤Vmax

Экспериментальная часть.

Вводятся все характеристики реакции и процесса – матрица стехиометрических коэффициентов, исходная концентрация реагента, параметры уравнения Аррениуса для всех стадий, число ступеней модели каскада реакторов, заданная производительность и заданные цены. Поиск оптимума (минимума функции U) проведем методом покоординатного спуска, а далее используем сканирование для более точного его уточнения.

Результаты заносятся в таблицу. Также строится график поиска оптимума и контурные графики для целевой функции, объема аппарата, выхода и селективности.

t

T

U

V

P

R

S

1

373

35.393

0.576

0.101

0.089

0.882

2

373

36.133

0.689

0.191

0.149

0.781

3

373

39.432

0.821

0.271

0.188

0.694

1

374

35.495

0.56

0.105

0.092

0.873

1

372

35.33

0.593

0.097

0.087

0.891

1

371

35.306

0.611

0.094

0.084

0.899

1

368

35.451

0.672

0.083

0.077

0.92

1

370

35.319

0.63

0.09

0.082

0.907

2

371

35.096

0.715

0.177

0.144

0.81

3

371

37.527

0.834

0.253

0.185

0.732

2

368

33.971

0.764

0.159

0.134

0.848

3

368

35.338

0.868

0.227

0.178

0.782

2

369

34.294

0.746

0.165

0.138

0.836

1

369

35.368

0.65

0.087

0.079

0.914

3

369

35.988

0.855

0.235

0.18

0.766

2

370

34.668

0.73

0.171

0.141

0.823

4

369

38.54

0.976

0.3

0.211

0.703

Выводы.

Из полученных данных можно сделать вывод, что оптимум в данных интервалах достигается при T=368, t=2с и равен U=33,971.

При получении результатов больше остальных влияла селективность процесса, по её наибольшему значению осуществлялась оптимизация процесса.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.