ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
закономерности процессов, протекающие в элементах ХТС. При разработке таких моделей используют законы сохранения
массы и энергии, законы переноса вещества, энергии и импульса, закономерности кинетики протекающих химических реак-
ций, гидродинамику потоков и т.д. В связи со сложностью реальных технологических процессов, при разработке их матема-
тических моделей обычно вводят ряд допущений, упрощающих описание реального процесса и позволяющих применить
блочный принцип построения моделей, согласно которому математическое описание объекта в целом получают как сово-
купность описаний отдельных элементарных процессов, протекающих в рассматриваемом объекте. Рассмотрим основы по-
строения детерминированных математических моделей процессов на некоторых примерах.
Модуль смесителя. Модуль смесителя является одним из наиболее простых модулей. В соответствии с исходной зада-
чей, два потока вещества, имеющие расходы G1 и G2 (моль/с), температуры T1 и T2 (К), составы X1i и X2i (мольные доли),
теплоту Q1 и Q2 (Вт) подаются в смеситель, откуда выходит один поток с расходом G3, температурой T3, составом Х3i и
теплотой Q3 (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Схема модуля смесителя
Физико-химическая модель смесителя предназначена для расчёта материального и теплового балансов процесса смеше-
ния двух потоков вещества. Существуют модули для смешения нескольких потоков вещества, но они являются расширенной
модификацией смесителя для смешения двух потоков.
Обычно при составлении упрощённой детерминированной модели принимаются некоторые допущения. Для смесителя
допущения будут следующие:
1. Структура потока в аппарате соответствует режиму идеального смешения.
В противном случае поток на выходе смесителя будет не полностью перемешанный и необходимо будет либо услож-
нять модель с учётом коэффициента перемешивания, либо с учётом гидродинамики потоков в аппарате. Это может быть не
оправдано по удельным затратам времени на разработку модели, а при неполном учёте в модели всех протекающих физико-
химических явлений приводить к значительным ошибкам.
2. Процесс смешения – адиабатический, не учитывается теплота смешения.
В противном случае необходимо учитывать процессы подвода и отвода теплоты, а также теплоту смешения, выделяю-
щуюся при смешении веществ (в особых случаях в тепловом балансе смесителя требуется учитывать теплоту смешения).
3. Все потоки имеют одно фазовое состояние.
В противном случае модель нужно будет значительно усложнить, так как необходимо использовать смеситель, имею-
щий 2 или 3 выходных потока (газ, жидкость и твёрдое), так как одним потоком невозможно одновременно выразить раз-
личные фазовые состояния, будет необходимо учитывать фазовое равновесие в системе твёрдое-жидкость-газ и условия его
установления, а также тепловой баланс процессов установления фазового равновесия.
4. Давление входных и выходных потоков – одинаковое.
При изменении давления могут возникнуть условия, приводящие к изменению фазового состояния.
При соблюдении всех указанных допущений рассмотрим уравнения, входящие в основу математического описания мо-
дели смесителя.
Общее уравнение материального баланса запишется
213
GGG +
=
. (9.1)
С использованием уравнения материального баланса для вещества можно рассчитать состав выходного потока:
3
2211
3
G
GXGX
X
ii
i
+
=
, при i = 1…k. (9.2)
При составлении материального баланса особое внимание требуется обратить на единицы измерения расходов и соста-
вов. Обычно рекомендуется использовать мольный расход (моль/с) и состав (% моль.) или массовый расход (кг/с) и состав
(% мас.) или, при смешении газовых потоков, объёмный расход при нормальных термодинамических условиях (0 °С и 1
атм), т.е. нм3/с, и объёмный состав (% об.).
Следует отметить, что при расчётах состав потока обычно используется не в процентах, а в долях (сумма = 1), а исполь-
зование различных единиц измерения для расхода и состава недопустимо.
Общее уравнение теплового баланса запишется
213
QQQ
+
=
. (9.3)
При неизвестной теплоте потока она может быть рассчитана на основании материального баланса по уравнению
TGCQ
P
=
,
где СР – удельная изобарная теплоёмкость потока (смеси веществ), которая рассчитывается по правилу аддитивности:
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- …
- следующая ›
- последняя »
