3 Розробка програмного модуля розрахунку реактора

3.1 Технічне завдання на розробку програмного модуля

Метою створення програмного комплексу є необхідність надання технологам можливості конструктивного розрахунку реактора для процесу окиснення аміаку в присутності каталізатора.

Початковими даними при розрахунку поставленої задачі являється потужність агрегату моногідрату HNO₃ – 5600 кг/год, вихід по окисненню аміаку – 0,975, а також вміст аміаку в суміші його з повітрям – 11% моль. При моделювання процесу як вихідні дані використовуються константи швидкості реакцій, які відбуваються в контактному апараті. Розрахунковими величинами виступають концентрація речовин у суміші після процесу окиснення аміаку, серед яких безпосередньо ведеться спостереження виходу оксиду азоту (ІІ) за деякий час контактування. Реалізовано обчислення конструктивних параметрів апарату.

Результати розрахунків програмного модуля доцільно подати у вигляді таблиць та для більш наочного представлення процесу – у вигляді графіків.

Розроблений програмний додаток повинен надати можливість інженеру-проектувальнику або технологу виробництва розрахувати час контактування на каталізаторі, задаючись величиною бажаного виходу оксиду азоту (ІІ) і кількістю необхідних каталізаторних сіток. А також визначити розміри апарату, а саме: діаметр реактора, активну площу поверхні сіток, напруженість каталізатора.

Програмний модуль створити в середовищі Visual Basic 6.0.

3.2 Математичне забезпечення обчислюваного модуля

Враховуючи труднощі, що виникають при розрахунку реактора окиснення аміаку в реальних умовах, доцільно прийняти ряд допущень [12]:

1. Гідродинамічний режим в апараті контактного окиснення аміаку на каталізаторі – ідеальне змішування.

2. В результаті інтенсивного перемішування встановлюються однакові умови в будь-якій точці реактора [3].

3. Перехід від одної концентрації до іншої в реакторі ІЗ не має протяжності в часі: зміна концентрації вихідного реагента від початкової у вхідному потоці в даний момент часу до концентрації в реакторі в цей же момент часу відбувається стрибкоподібно [3].

4. Тепловий режим ізотермічний.

5. Густина, теплоємність реакційної суміші й теплота реакції вважаються постійними при заданій температурі.

6. Реакція протікає без зміни об’єму.

У реакторі можуть протікати реакції (1.1), (1.2), а також (1.3). Але при забезпеченні оптимальних умов бажаним є перебіг реакції (1.1), а решта реакцій виступають побічними. Тому при моделюванні реактора вважається, що протікає лише окиснення аміаку до оксиду азоту (ІІ):

4NН₃+5O₂ = 4NO+6H₂ O

Позначимо для зручності запису речовини-учасники реакції літератми латинського алфавіту:

NH₃- A, O₂ – В, NO – С, H₂O – К.

k

4А+5В 4С+6К

На основі допущень математичну модель процесу окиснення аміаку можна представити у наступному вигляді:

Початкові умови:

C _NН3 = 0,11 кмоль/кмоль,

С _O2 =0,89 кмоль/кмоль,

С_NO =С _H2O = 0 кмоль/кмоль,

Т=1093 К.

Концентрації речовин виражаються в мольних долях компонентів.

При моделюванні необхідно попередньо оцінити час перебування реагентів у реакторі, а потім перевірити, чи лосягається заданий ступінь перетворення за цей проміжок часу.

Константа швидкості реакції визначається за рівнянням Арреніуса. Для того, щоб обчислити значення константи швидкості необхідно знати енергію активації та передекспотенціальний множник.

Рівняння Арреніуса має вигляд :

.

Величини k₀ та Е є результатом практичного експерименту й дорівнюють для реакції (1.1) [13]:

,

де Е – енергія активації, 8600 Дж/моль, R – універсальна газова стала , 8,31 Дж/(моль·К).