Опис прикладних програм та розрахунків

 

Для виконання розрахунків на ПЕОМ використовується програмні комплекси “complex1.exe” та “GAZO.EXE”

“Complex1.exe” - програмний комплекс, призначений для розрахунку трубчатого й адіабатичного реакторів, процесу одержання формальдегіду з метанолу на окисних каталізаторах, а також для розрахунку підконтактного теплообмінника інтервальним методом і самої схеми виробництва, ітераційним методом. “complex1.exe” не володіє ніякими графічними засобами для наглядного показу профілю температур у реакторах, що розраховуються.

Для початку розрахунків необхідно в меню “Об’єкт” вибрати одне з підменю в залежності від напрямку розрахунків:

·   “Адіабатичний реактор” - використовується для розрахунку адіабатичного реактора та для адіабатичної частини комбінованого реактора.

·   “Трубчастий реактор” - використовується для розрахунку трубчастого реактора та для трубної частини комбінованого реактора.

·   “Підконтактний теплообмінник” - використовується для розрахунку підконтактного теплообмінника.

·   “Схема” - використовується для розрахунку схеми усього процесу.

У даній курсовій роботі використовуються програми: “Адіабатичний реактор” і “Схема”.

Програма “Адіабатичний реактор” дозволяє розрахувати адіабатичний реактор для одержання формальдегіду з метанолу на окисних каталізаторах. Для розрахунку необхідно ввести наступні початкові дані:

Температура на вході в шар, [°С]

Концентрація метанолу на вході в шар, [моль/куб. м]

Концентрація формальдегіду на вході в шар, [моль/куб. м]

Концентрація парів води на вході в шар, [моль/куб. м]

Концентрація кисню на вході в шар, [моль/куб. м]

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

Концентрація СН₃ОН на вході в реактор, [моль/куб. м]

Концентрація СНОН на вході в реактор, [моль/куб. м]

Пористість шару, [частки]

Діаметр зерна каталізатора, [м]

Час контакту, [с]

Після розрахунку на екрані з’являється вікно в якому у вигляді таблиці поточних параметрів, представлені наступні результати:

 

Таблиця 6.1 Результати розрахунку реактора окислення метанолу в формальдегід

Довжина:	СМ:	СФ:	СВ:	СК:	ТЕМ-РА:	Х:	СЕЛ:	TAUK:
м	моль/м^3				°С	частки		с

 

Розрахунок багатошарового адіабатичного реактора здійснюють послідовно. Спочатку розраховують перший шар таким чином. Вибирається одна з вхідних характеристик в якості управляючої, і розраховуються поля температур і концентрацій в шарі для декількох значень цього параметра. Можна рекомендувати у якості управляючого параметра для адіабатичного шару каталізатора температуру на вході в шар. Для скорочення числа розрахунків можна використовувати наступний спосіб. Задається час контакту явно більше, ніж потрібний за технологічними умовами. Після проведення розрахунків на ЕОМ аналізуються поля температур і концентрацій всіх варіантів, і вибирається мінімальний час контакту, який забезпечує необхідні вихідні параметри - ступінь перетворення, вибірковість, температуру. В тому випадку, якщо для заданих ступенів перетворення на виході з шару температура перевищує максимально допустиму або навпаки - набагато менше допустиму, необхідно відповідно зменшити або збільшити Т_вх і повторно виконати розрахунок на ЕОМ.

Розрахунки подальших шарів виконуються аналогічно. Значення вхідних параметрів визначається по вихідних параметрах попереднього шару з урахуванням особливостей вибраного способу відведення теплоти між шарами каталізатора.

Час контакту і умова процесу в останньому шарі каталізатора вибирають по максимальному виходу цільового продукту при заданому ступені перетворення з урахуванням обмежень по максимально допустимій температурі. [2]

Програма “Схема” представлена для розрахунку матеріальних потоків циклічної схеми основного блоку установки одержання формаліну.

Перелік початкових даних програми “Схема”:

Продуктивність по формаліну, [тис.т/рік]:

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

Параметри роботи реактора, [частки]

ступінь перетворення:

селективність по формальдегіду:

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

Мольні концентрації на вході в реактор, [моль/м³]

метанолу:

кисню:

води:

Всі інші параметри математичної моделі використані при складанні програми у вигляді констант, значення яких розраховані з використанням показників діючих виробництв. [2]

Перед розрахунком даної ХТС необхідно визначити розрахувальну послідовність розрахунку схеми (РПРС).

Для визначення РПРС необхідно:

а) визначити та виділити комплекси ХТС. Для цього будуємо матрицю шляхів S.

 

Проаналізував отриману матрицю ми бачимо, що всі елементи ХТС входять у склад одного комплексу:

К = [1, 2, 3, 4, 5]

б) визначимо контури, що входять у склад комплексу, за допомогою прадерева комплексу. Таким чином ми з'ясували, що даний комплекс складається з одного контуру.

Далі необхідно визначити контурну ступінь.

 

Таблиця 6.2 Контурна ступінь

i / j	1	2	3	4	5
1	1	1	1	1	1

 

Так як контурна ступінь всіх дуг однакова, то для розриву обираємо ту дугу, у якої параметричність буде найменшою. У нашому випадку можна розірвати будь-яку. Розірвемо наприклад дугу № 5.

в) Визначимо послідовність розрахунку комплексу. Для цього вводимо ітераційний блок ІБ-1, який ставиться у місце розриву п’ятої дуги. При цьому передбачається, що в цьому блоці задаються початкові наближення значень параметрів потоку, що розривається.

Елемент може бути включений до складу розрахувальної послідовності, якщо відомі всі потоки, що входять до нього. Для визначення РПРС складемо таблицю (див. таблицю 6.3)

 

Таблиця 6.3Визначення РПРС

Номер елементів	Вхідні потоки	Кількість відомих вхідних потоків у блок на і-тому кроці
1	0, ІБ-1	0	0	0	0	0
2	1	1	0	0	0	0
3	2	1	1	0	0	0
4	3	1	1	1	0	0
5	4	1	1	1	1	0

 

Таким чином розрахувальна послідовність розрахунку схеми буде мати наступний вигляд:

 

 

У результаті розрахунку визначаються частки сдувки і рециклу, а також мольні потоки шести компонентів [кмоль/год] на вході і виході всіх апаратів схеми, перевіряється концентрація води на вході в реактор.

“GAZO.EXE” - програмний комплекс, призначений для розрахунку адіабатичного реактору для процесу каталітичного очищення газів, що відходять, від токсичних компонентів. Він дозволяє розрахувати параметри процесу для 18 різноманітних речовин. “GAZO.EXE” так як і попередній програмний комплекс не володіє ніякими графічними засобами для наглядного показу профілю температур у реакторі, що розраховується.

В даній курсовій роботі необхідно розрахувати адіабатичний реактор для процесу каталітичного очищення викидів від оксиду вуглецю.

При розрахунку параметрів процесу газоочищення на екрані висвічується діалогове вікно. Для початку розрахунків необхідно війти в меню “Розрахунок” та в залежності від напрямку розрахунків вибрати токсичну речовину від якої слід здихатися.

Вводимо початкові дані:

Каталітична очистка

Речовина [………………………….]

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

Температура на вході, [°С]

Концентрація на вході, [% об’ємні]

Час контакту, [сек.]

Після розрахунку на екрані з’являється вікно в якому у вигляді таблиці поточних параметрів, представлені наступні результати:

 

Таблиця 6.2 Результати розрахунку параметрів реактора газоочищення

Координата,	Температура,	Концентрація,	Ступінь перетворення,	Час контакту,
частки	°С	% об’ємні	Частки	С

 

За результатами розрахунку на ЕОМ підбирають параметри роботи шару каталізатора - температуру суміші на вході (Т_вх) і час контакту (t_к), при яких досягається потрібний ступінь очистки і виконуються умови по термостійкості каталізатора, коли максимальна температура на виході не перевищує припустиму.

При виконанні першого розрахунку полів концентрації і температури використовується орієнтований час контакту для адіабатичного шару. Його варто задавати в цьому розрахунку свідомо більшим, ніж потрібно, наприклад, 0,5¸1,0 с. Виконавши черговий розрахунок, уточнюють величину часу контакту. Такий підхід дозволяє зменшити кількість розрахунків і більш точно визначати параметри роботи шару каталізатора. Розрахунок кожного наступного варіанта потрібно виконувати, проаналізувавши результати попереднього. Якщо для розглянутого варіанта температура в адіабатичному шарі перевищує припустиму, необхідно продовжити розрахунки варіантів, зменшуючи вхідну температуру, а якщо температура в шарі виявляється набагато нижче припустимою - збільшити її.