Програма ехаSt
Mоделювання масообмінних процесів в електрохімічних апаратах
Обєкт і мета розрахунків
1.1 Фізичний обєкт, який моделюється– технологічний процес в електрохімічному аппараті (ЕХА). Він повністю відповідає описанню в програмі еха. Відмінність полягає в тому, що в програмі ехаST моделюється лише стаціонарний процес.
Мета роботи-
1-вивчення закономірностей массообміну в електрохімічних апаратах ідеального змішування безперервної дії, а також способів регулювання і управління робочим режимом процесу;
2-ознайомлення з числовим алгоритмом вирішення математичної моделі (системи алгебраїчних рівнянь ), в тому числі - порівняння результатів розрахунків режиму процесу для однієї і тієї ж системи двома принципово різними алгоритмами (ЕХА, ЕХАST).
1.3 Програма написана алгоритмічною мовою ФОРТРАН, має просту структуру, з введенням вхідних даних безпосередньо в текст. Позначення змінних ті ж, що і в програмі “ЕХА”.
Програма розраховує режим електрохімічного процесу в апараті при постійному струмові навантаження I. Розраховуються та виводяться в файл результатів кінцеві (стаціонарні) значення параметрів.
Математична модель і алгоритм
Математична модель масообміну в ЕХА в стаціонарному режимі роботи відрізняється від описаної в програмі “ЕХА” моделі нестаціонарного режиму (того ж самого технологічного обєкту) лише однією ознакою – в рівняннях (1) та (2) балансу компонентів розчину А та В замість похідних від концентрацій стоять нулі:
; (1)
; (2)
; (3)
; (4)
; (5)
; ; (6)
- задана функція концентрацій речовин (або константа); (7)
- задана функція концентрацій речовин та струму (або константа). (8)
В цій системі кількість незалежних змінних параметрів дорівнює 7: I, J, J1, CA, CA1, CB, CB1 . Всі інші параметри є залежними (тобто їх можна записати як функції незалежних), в даному прикладі , , ,,.
Система алгебраїчних рівнянь математичної моделі вирішується найпростішим ітераційним методом, шляхом послідовних перерахунків значень невідомих параметрів за формулами, які одержують з алгебраїчних рівнянь балансу:
, (9)
, (10)
. (11)
Дані для нульового наближення задають орієнтовно, або одразу числами, або операторами-формулами спрощених грубих оцінок (як в програмі).
Теорія масообмінних процесів в електрохімічних апаратах та алгоритм роботи програми докладніше описані в [1] (с.83106).
В наведеному далі прикладі програми моделюється процес в умовному бездіафрагменому ЕХА для електролізу NaCl, з сумарною реакцією
, ВТ1 (13)
і додатково розраховуються значення напруги електролізера і питомих витрат енергії на одержання хлору (кВтГод/кг)
, . (14)
C------- ПРОГРАММА ЕХАST-F77.for
C МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ
C Расчет характеристик ЭХА в стационарных режимах
C----------------------------------------------------------------------
REAL I,J1,J2
DATA AA, AB, EA, EB, EG, ET
* /0.7, 0.98, 2.18, 1.49, 0, 0 /
C ----------------------------- --------------------------------
DATA I , CA , CB, J1, CA1, CB1
* / 10000, 100, 100, 100, 310, 0 /
CS---------------------------------------------------------------------
OPEN (UNIT=1,FILE='REZ.REZ', STATUS='UNKNOWN')
WRITE (1,38)
38 FORMAT(1X,'__EXA массообменные процессы стационарный режим УДХТУ)
WRITE (1,34)
34 FORMAT('______AA______BB______EA______EB______EG______ET')
WRITE (1,35) AA, AB, EA, EB, EG, ET
35 FORMAT( 1X,6F8.2 )
WRITE (1,36)
36 FORMAT(1X,
* '_____CA_____CB____CA1____CB1______I_____J1')
WRITE (1,37) CA, CB, CA1, CB1, I, J1
37 FORMAT( 1X,7F7.0)
CL----------------------------------------------------------------------
R1 = 1000. + AA*CA1 + AB*CB1
CL---------------------------------------------------------------
WRITE (1,39)
39 FORMAT
* (//4X,'ITER_______CA_______CB________R2______BT_______J2')
CL_____блок нулевого приближения ____________________________
DELTA1=1
DELTA2=1
ITER=0
CAST=1000
CBST=1000
J2 = J1
CA = (J1*CA1 - I*EA)/J2
CB = (J1*CB1 + I*EB)/J2
BT = 1
R2 = 1000. + AA*CA + AB*CB
WRITE (1,2) ITER,CA,CB,R2,BT,J2
CL---------------------------------------------
DO 1 ITER = 1,300
C-------------------------------------------------
C------условный пример – электролиз NaCl без учета диафрагмы --------
C GH -поток водорода Г/час
C GCL -поток хлора Г/час
C GP - поток испарения воды Г/час
C GTP - суммарный поток паро-газовой фазы Г/час
С Х1,Х2-парциальные давления газа и водяного пара
CL-------------------------------------------------------------------
BT = 1- (0.096/100)*CB
GH = I*( 1/26.8)*BT
GCL = I*(35.5/26.8)*BT
X1= 355
X2= 760
GGG = X1/(X2-X1)
GP = (GH/2+GCL/71)*(18)*GGG
GTP = (GP + (GH+GCL))
R2 = 1000. + AA*CA + AB*CB
J2 = (J1*R1 - GTP)/R2
CA = (J1*CA1 - I*EA*BT)/J2
CB = (J1*CB1 + I*EB*BT)/J2
WRITE (1,2) ITER,CA,CB,R2,BT,J2
2 FORMAT(3X,I5, 2F9.3,F10.3,F8.3,F9.3)
CL----------------------------------------------
DELTA1 = ABS(CA-CAST)/ABS(CA+CAST)
DELTA2 = ABS(CB-CBST)/ABS(CB+CBST)
IF ((DELTA1+DELTA2).LT.0.00001) GOTO 3
CAST=CA
CBST=CB
1 CONTINUE
3 CONTINUE
U = 2.3 + I*0.0002*(CA/(CA+CB))
W = U/(35.5/26.8)/BT
WRITE (1,22) ITER,CA,CB,R2,BT,J2
22 FORMAT(3X,I5, 2F9.3,F10.3,F8.3,F9.3)
WRITE (1,23) U, W,DELTA1,DELTA2
23 FORMAT(3X,'________U________W____DELTA1____DELTA2'
* /3X,2F9.3,2F10.5)
CLOSE (UNIT=1)
STOP
END