Моделирование процесса смешения технологических потоков нефтехимического производства
Рассмотрение методики составления уравнений материального и теплового балансов процесса смешения потоков. Исследование влияния технологических параметров (состава сырья, расхода, температуры) на процесс смешения потоков нефтехимического производства.
| Рубрика | Химия |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.05.2015 |
| Размер файла | 166,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Моделирование процесса смешения технологических потоков нефтехимического производства
смешение нефтехимический тепловой
Цель работы
1. Практически освоить методику составления уравнений материального и теплового балансов процесса смешения потоков.
2. Разработать программу расчета.
3. Исследовать влияние технологических параметров (состава сырья, расхода, температуры) на процесс смешения потоков.
1.1 Математическое описание процесса смешения
Важным узлом химико-технологических схем являются смесители потоков. Их устанавливают, например, на входе в аппарат, между слоями катализатора в химических реакторах и т. д.
Смешение потоков при движении по трубопроводу происходит на расстоянии не менее 10-12 его диаметров. При учете чувствительности каталитических процессов к неоднородностям по концентрациям требуется довольно тщательное перемешивание потоков, поэтому необходимы специальные смесители, обеспечивающие перемешивание потока на небольшом расстоянии в реакторе.
Например, многоканальный смеситель представляет собой пакет эжекционных трубок, каждая из которых обеспечивает полное смешение двух струй.
Турбулизация потоков в форсунках специального устройства резко улучшает смешение.
При составлении математического описания смесителя потоков (cм. рис. 3) воспользуемся следующими допущениями:
- структура потока в аппарате соответствует режиму идеального смешения;
- режим смешения в аппарате установившийся;
- внутри аппарата отсутствуют источники и стоки вещества и теплоты;
- число смешиваемых потоков равно двум, при необходимости смешения большего числа потоков в схему можно включить несколько последовательно соединенных смесителей;
- теплоемкости потоков i-го компонента рассчитываются при температуре этого потока.
Рис. 1 Смеситель потоков: Gi, Тi, Ci - расход, температура и вектор концентраций i-го технологического потока
В соответствии с допущениями общее уравнение материального баланса имеет вид
, (15)
где G - расход выходного потока, кг/ч;
G1, G2 - расходы входных потоков, кг/ч.
Уравнение материального баланса i-го компонента
, i = 1, ..., N, (16)
где сi - массовая доля i-го вещества в выходном потоке;
с1i, с2i - массовые доли i-го вещества в первом и втором входных потоках;
N - число веществ в потоке.
Из уравнения (16) можно определить массовую долю i-го вещества в выходном потоке:
. (17)
Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:
, (18)
где Cр - удельная теплоемкость потоков, ;
t - температура потоков, оС.
Тогда температура выходного потока определяется соотношением
. (19)
Температурная зависимость удельной теплоемкости i-го вещества в j-м потоке может быть представлена как функция температуры:
, (20)
где аi, bi, ci, di - эмпирические коэффициенты (Приложение Ж, табл. 4), найденные для каждого вещества [10].
Теплоемкость j-го потока вычисляется по правилу аддитивности:
. (21)
Для решения уравнения (19) можно воспользоваться методом простых итераций [6-8]:
, (22)
где k - номер итерации.
Условие окончания счета - .
В качестве начального приближения можно принять
. (23)
Таким образом, задавая параметры состояния потоков, поступающих в смеситель, можно определить выходные параметры.
Пример
На вход в смеситель подаются два потока с массовыми расходами 30 и 50 кг/ч и температурами 400 и 500 С соответственно.
Составы потоков в % масс. приведены ниже.
|
Н2 |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
n - С4Н10 |
С5Н12 |
||
|
I поток |
60 |
30 |
10 |
- |
- |
- |
|
|
II поток |
- |
- |
- |
40 |
50 |
10 |
Судя по составу входных потоков, поток на выходе из смесителя будет содержать шесть компонентов. Поэтому составы как входных потоков, так и выходного потока следует описать массивами, размерность [1-6] и расчёт состава выходного потока организовать с помощью циклической процедуры (см. рис. 3).
Расчёт теплоёмкости каждого из потоков также удобно проводить с помощью циклической процедуры.
Поскольку теплоёмкость выходного потока является функцией искомой температуры, то её расчёт является частью итерационной процедуры и повторяется для каждого нового приближения температуры, полученного на предыдущей итерации, а затем по этому значению теплоёмкости определяется следующее приближение температуры выходного потока.
Точность , определяющая условие завершения итерационного процесса, оценивается по погрешности прибора, используемого для измерения температуры. Учитывая класс точности приборов, используемых для измерения температур промышленных трубопроводов, примем = 0,5 С.
Блок-схема алгоритма решения данной задачи представлена на рис. 4, программа расчёта на языке Турбо Паскаль приведена в Приложении Г.
Рис. 2 Блок-схема программы расчета смесителя (начало)
Рис. 3 Блок-схема программы расчёта смесителя (конец)
|
Вар. |
№ потока |
Масс. расход, кг/ч |
Температура, оС |
Состав потока, % масс. |
|||||
|
Н2 |
СН4 |
С3Н8 |
н-С4Н10 |
С5Н12 |
|||||
|
1 |
1 2 |
30 20 |
410 490 |
100 - |
- - |
- 40 |
- 60 |
- - |
|
|
2 |
1 2 |
40 30 |
400 450 |
50 80 |
50 - |
- 20 |
- - |
- - |
|
|
3 |
1 2 |
420 300 |
500 400 |
30 - |
70 - |
- - |
- 60 |
- 40 |
|
|
4 |
1 2 |
35 55 |
490 560 |
40 - |
60 - |
- 45 |
- 55 |
- - |
|
|
5 |
1 2 |
300 180 |
450 470 |
20 - |
80 - |
- - |
- 50 |
- 50 |
|
|
6 |
1 2 |
53 42 |
510 570 |
100 - |
- 35 |
- 45 |
- 20 |
- - |
|
|
7 |
1 2 |
1800 1200 |
410 490 |
100 - |
- - |
- 70 |
- 30 |
- - |
|
|
8 |
1 2 |
30 40 |
450 480 |
100 - |
- 40 |
- 50 |
- 10 |
- - |
|
|
9 |
1 2 |
20 40 |
420 480 |
40 - |
60 - |
- 30 |
- 70 |
- - |
|
|
10 |
1 2 |
20 35 |
420 480 |
50 - |
50 - |
- 40 |
- 60 |
- - |
|
|
11 |
1 2 |
35 42 |
500 450 |
60 - |
20 - |
20 - |
- 100 |
- - |
|
|
12 |
1 2 |
40 30 |
500 550 |
- 20 |
100 30 |
- 50 |
- - |
- - |
Литература
1. Панченков Г. М., Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ. - М.: Химия, 1985. - 589 с.
Яблонский Г. С., Быков В. И., Горбань А. И. Кинетические модели каталитических реакций. - Новосибирск: Наука, 1983. - 254 с.
3. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. - М.: Химия, 1988. - 489 с.
4. Кравцов А. В., Новиков А. А., Коваль П. И. Методы анализа химико- технологических процессов. - Томск: изд-во ТПУ, 1994. - 76 с.
5. Кафаров В. В., Глебов М. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств. - М.: Высш. шк., 1991. - 400 с.
6. Мойзес О. Е., Коваль П. И., Баженов Д. А., Кузьменко Е. А. Информатика: учеб. пособие. В 2-х ч. - Томск, 1999. - 150 с.
7. Турчак Л. И. Основы численных методов. - М.: Наука, 1987. - 320 с.
8. Офицеров Д. В., Старых В. А. Программирование в интегрированной среде Турбо-Паскаль. - Минск: Беларусь, 199 - 240 с.
9. Бесков В. С., Флор К. В. Моделирование каталитических процессов и реакторов. - М.: Химия, 1991. - 252 с.
10. Руд Р., Праустниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей
/ под ред. Б. И. Соколова. - Л.: Химия, 198 - 591 с.
11. Танатаров М. А. и др. Технологические расчеты установок переработки нефти. - М.: Химия, 1987. - 350 с.
12. Жоров Ю. М. Термодинамика химических процессов. - М.: Химия, 1985. - 458 с.
13. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: справочник / под ред. Е. Н. Судакова. - М.: Химия, 1979. - 568 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные параметры реакторов идеального вытеснения и полного смешения. Расчет необходимого времени пребывания реагентов в реакционной зоне. Параметры химико-технологического процесса в потоке полного смешения при изотермическом температурном режиме.
контрольная работа [171,6 K], добавлен 14.06.2011Обзор и анализ существующих методов оптимизации химико-технологических процессов. Определение параметров уравнения Аррениуса. Определение оптимальной температуры. Расчёт зависимости оптимальной скорости химической реакции от степени превращения.
курсовая работа [498,1 K], добавлен 18.06.2015Характеристика процесса проектирования реактора. Описание материальных моделей химических реакторов: идеального вытеснения, полного смешения. Технологическое оформление процесса синтеза аммиака. Основные требования, предъявляемые к промышленным реакторам.
курсовая работа [620,7 K], добавлен 16.05.2012Процесс произведения нитробензола и составление материального баланса нитратора. Определение расхода реагентов и объёма реактора идеального смешения непрерывного действия при проведении реакции второго порядка. Расчет теплового эффекта химической реакции.
контрольная работа [247,6 K], добавлен 02.02.2011Характеристика сырья и готового продукта - карбамида (мочевины). Физико-химические основы процесса. Обзор существующих методов производства. Расчет материального и теплового балансов . Определение основных размеров оборудования. Экологичность проекта.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.06.2014Исследование физических и механических свойств смесей полимеров. Изучение основных способов формования резиновых смесей. Смешение полимерных материалов в расплаве и в растворе. Оборудование для изготовления смесей полимеров. Оценка качества смешения.
реферат [274,9 K], добавлен 20.12.2015Производство бутадиена. Двухстадийный процесс. Одностадийное дегидрирование н-бутана. Установление технологических и конструкционных параметров ХТС, технологических параметров режима и потоков. Изучение свойств и эффективности функционирования ХТС.
курсовая работа [8,0 M], добавлен 29.03.2009Обоснование схемы движения материальных потоков, определение количественного состава продуктов, замер температуры и расчет теплового эффекта в зоне реакции по окислению аммиака. Изменение энергии Гиббса и анализ материально-теплового баланса процесса.
контрольная работа [28,0 K], добавлен 22.11.2012Характеристика преимуществ использования микрокаталитических систем. Метанол как источник водорода для мобильных устройств. Схема реактора полного смешения. График зависимости производительности по водороду от объема реактора при различных давлениях.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.02.2013Разработка на основе технологии производства изадрина технического способа осуществления основных технологических процессов получения продукта с заданной мощностью. Механизм аминирования хлорацетопирокатехина. Аппаратура и порядок смешения реагентов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 06.02.2012Физические и токсические свойства дихлорангидрида угольной кислоты (фосгена). Изучение влияния температуры на процесс в адиабатическом режиме идеального вытеснения и полного смешения. Сравнение изменений соотношения объемов реакторов в различных режимах.
курсовая работа [786,0 K], добавлен 20.11.2012Роль углеводородов как химического сырья. Получение исходного сырья и основные нефтехимические производства. Характеристика продуктов нефтехимии. Структура нефтехимического и газоперерабатывающего комплекса России. Инновационное развитие отрасли.
курсовая работа [272,0 K], добавлен 24.06.2011Последовательность расчета материального баланса реактора синтеза аммиака. Мольные потоки компонентов. Работа реакторов идеального вытеснения и полного смешения. Определение зависимости производительности реактора от давления и начальной концентрации.
контрольная работа [197,0 K], добавлен 06.10.2014Области применения акрилонитрила для синтетических высокополимерных веществ, основные виды используемого сырья. Физико-химические основы процесса производства нитрила акриловой кислоты. Расчет материального и теплового баланса, параметров реактора.
курсовая работа [369,2 K], добавлен 02.01.2015Технологическая схема процесса. Составление материального баланса потоков в аппаратах. Вход в контактный аппарат, котел-утилизатор и окислитель. Порядок определения температуры газа на выходе из окислителя. Определение концентраций и объема компонентов.
курсовая работа [134,8 K], добавлен 11.11.2013Общая характеристика минеральных удобрений. Технологическая схема производства аммиачной селитры на ОАО "Акрон". Составление материального и теплового баланса. Определение температуры проведения процесса, конечной концентрации селитры; свойства продукции.
отчет по практике [205,2 K], добавлен 30.08.2015Основные свойства и способы получения синтетического аммиака из природного газа. Использование аммиака для производства азотной кислоты и азотсодержащих солей, мочевины, синильной кислоты. Работа реакторов идеального вытеснения и полного смешения.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.11.2012Конверсия метана природного газа с водяным паром — основной промышленный способ производства водорода. Виды каталитических конверсий. Схема устройства трубчатого контактного аппарата. Принципиальная технологическая схема конверсии метана природного газа.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 20.11.2012Реактор идеального вытеснения. Реактор полного смешения. Изменение скорости окисления SO. Расчет изменения температуры через адиабатический коэффициент. Вычисление равновесных концентраций веществ, константы равновесия. Вычисление парциальных давлений.
курсовая работа [278,9 K], добавлен 20.11.2012Назначение, основные параметры, области применения внедрения кристаллизаторов пульсационного смешения. Особенности кристаллизации нефтяного сырья пульсационным смешением с охлажденным растворителем. Преимущества данного способа приготовления суспензии.
отчет по практике [899,0 K], добавлен 20.03.2014
