Практическое задание. - Математическая модель кинетики процесса

Построение статической ММ на основании заданного механизма и кинетических констант в среде MathCad, решение ее методом Ньютона - Рафсона и исследование в соответствии с заданным вариантом задания. Параметры метода решения для всех вариантов: предельно допустимая погрешность расчета концентраций, еmax = 5%; максимально допустимое число итераций Imax = 50.

Осуществить расчет статической модели кинетики при следующих исходных данных: объем реактора V= 100 л, расход потока Q = 6 л/мин, концентрации веществ во входном потоке:вещество А ? 0,8 моль/л, вещество В ? 1,3 моль/л, вещество С ? 0 моль/л;температура в реакторе Т = 68 єС, предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса k0 = 0,2-1014 л/(мин-моль), энергия активации химической реакции Е = 74 кДж/моль, стехиометрический коэффициент d = 2. Оценить влияние изменения температуры в реакторе на результаты расчета, произведя вычисления в диапазоне температуры от 65 до 75єС.

Гомогенная химическая реакция, протекающая в аппарате с мешалкой в изотермических условиях

A+B=dC

Исходные данные для расчета концентраций веществ в выходном потоке из реактора

С технометрический коэффициент

Геометрические параметры реактора

Объем реактора, л

Расход потока, л /мин

Режимные параметры процесса

Концентрации веществ во входном потоке, моль /л:

Вещество A

Вещество B

Вещество C

Температура в реакторе, С T:=68

Эмпирические коэффициенты модели

Предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса, л /(мин *моль)

Энергия активации химической реакции, кДж /моль

Параметры метода решения модели

Предельно допустимая погрешность расчета концентраций, %

Максимально допустимое число итераций

T:=68C При температуре 68С

Е = Cc=

Ca=

Cb=

T:=65C При температуре 65С

Е = Cc=

Ca=

Cb=

T:=75C При температуре 75С

Е = Cc=

Ca=

Cb=

Контрольная работа 3

Как видно при смене температуры, Концентрации Сс иСb почти не различны, в тоже время увеличении температуры, возрастает погрешность, и меньше концентрация Ca

1. Аналитическая часть.

В реакторе идеального смешения происходит необратимая экзотермическая реакция первого порядка А> В с константой скорости k. Процесс является изотермическим. Пусть плотности и теплоемкости потоков не изменяются в ходе процесса. Написать уравнения материального и теплового балансов для статического и динамического режимов работы реактора.

Ответ:

Уравнение материального баланса статическое

Уравнение материального баланса динамическое

Уравнение теплового баланса статическое

Уравнение теплового баланса динамическое

2. Практическое задание.

Исследование процесса теплообмена с использованием математических моделей в программном комплексе "Тепло".

Исследовать процесс теплообмена в аппарате идеального вытеснения в статическом режиме. Режим движения теплоносителей - противоток. Трубы изготовлены из меди. Диаметр внутренних труб - 20мм, толщина стенки - 2 мм, количество труб - 15. Диаметр внешней трубы - 400 мм, толщина - 5 мм. Длина аппарата - 2 м. Загрязнения не учитывать. Расход горячего теплоносителя (толуол) 500 кг/ч с начальной температурой 90°С; Расход холодного теплоносителя (вода) 500 кг/ч с начальной температурой 20°С.

Определить:

    - как изменятся выходные параметры теплоносителей при изменении материала труб (сталь, латунь); - построить статические характеристики, то есть зависимость температуры холодного и горячего теплоносителей на выходе из аппарата при изменении расхода воды от 500 до 1000 кг/ч.

Материал: труб медь

L(м)

T1(C)

T2(C)

0

90

37,9

1

67,9

27,9

2

50,4

20,0

Материал Труб сталь

L(м)

T1(C)

T2(C)

0

90

37,7

1

68,2

27,9

2

50,9

20

Материал труб латунь

L(м)

T1(C)

T2(C)

0

90

37,8

1

68,0

27,9

2

50,6

20

Материал труб медь Расход теплоносителей 1000 кг/ч

L(м)

T1(C)

T2(C)

0

90

34,2

1

73,2

26,6

2

58,8

20

Вывод: При изменении Материала труб температура теплоносителей достигает примерно одинаковых значений - горячий охлаждается до 51°С, а холодный нагревается до 38°С. В связи с этим мы можем увидеть, что от материала почти на зависит процесс тепло обмена на таких небольших расстояниях, напротив увеличение расхода жидкости в два раза, замедляет теплообмен, и горячий охлаждает до 59 что на 8 градусов выше, а холодный нагревается, до 34, что на 4 градуса ниже, чем при расходе 500 кг/ч.

3. Практическое задание

Определение коэффициентов эмпирических уравнений для расчета физико-химических и теплофизических констант либо выходных характеристик процесса в программной среде CurveExpert. Дайте оценку полученному эмпирическому уравнению (коэффициент корреляции, средне-квадратичное отклонение).

Построить эмпирическую ММ зависимости производительности загрузочной воронки экструдера от частоты вращения питающего шнека. Дать оценку полученной модели.

Решение:

Ввод исходных данных для программы CurveExpert

Результат работы программы CurveExpert

Коэффициенты уравнения

Коэффициент корреляции r=-0,46

Таким образом, зависимость зависимости производительности загрузочной воронки экструдера от частоты вращения питающего шнека выражается уравнением:

S=-0,46+0,05*C+1,59*C2-1,74*C3

Похожие статьи




Практическое задание. - Математическая модель кинетики процесса

Предыдущая | Следующая