В любом химическом производстве всегда существует функциональная взаимосвязь аппаратов. Под химико-технологической системой (ХТС) понимают совокупность аппаратов взаимосвязанных технологическими потоками и действующих как одно целое, в которых происходит определенная последовательность технологических операций. Под элементами ХТС понимают ту ее часть, которая в проводимом рассмотрении является неделимой: аппарат, совокупность аппаратов или часть аппарата, в котором протекает химический процесс. Каждый элемент ХТС выполняет преобразование, представленное следующей зависимостью:
Y=F(X,U), где Y, X вектор параметров состояния входных и выходных потоков, U – вектор управления.
Системы уравнений технологических связей ХТС совместно с математическим описанием отдельных элементов системы представляет собой математическую модель ХТС.
Основная задача расчета МТБ и ХТС – нахождение параметров состояния потоков технологической схемы, а также общих и покомпонентных расходов, составов потоков, температур.
Методы решения этой задачи делят на интегральные и декомпозиционные, каждый из которых подразделяется на итерационные и безитерационные.
По особенностям технологической структуры ХТС разделяют на разомкнутые и замкнутые. Потоки ХТС характеризуют векторными величинами, указывающими расход, температуру, состав среды, физико-химические характеристики компонентов.
Существует два варианта формулировки задачи расчета параметров состояния ХТС:
1. Поверочный (моделирующий) расчет. При заданном наборе переменных входных потоков системы и управляющих параметров каждого элемента ХТС необходимо вычислить значения переменных промежуточных и входных потоков.
2. Проектный расчет. При заданных значениях выходных переменных и некоторых входных и промежуточных, а также значениях управляющих параметров рассчитать остальные переменные всех технологических потоков ХТС,
Расчет параметров состояния разомкнутой схемы сводится к последовательному однократному расчету элементов ХТС.
Расчет замкнутых схем основывается на разрыве обратных связей с превращением в разомкнутую, с появлением фиктивных входных и выходных потоков.
1.Постановка задачи расчета узла абсорбции
Построить статистическую модель узла абсорбции методом полнофакторного эксперимента.
Тепловой и гидравлический расчёт теплообменных аппаратов
... 905 700 Определим мощность теплообменного аппарата. η – коэффициент, учитывающий ... входной и выходной секциях межтрубного пространства. ΔP по – падение давления при обтекании идеального пучка труб поперечным потоком. ... Погрешности найденных температур: Погрешность тепловой мощности: IV. Гидравлический ... определяющие параметры конструкции. Поправочный коэффициент x 2 – учитывает байпасные потоки. r ...
Найти коэффициенты чувствительности концентрации аммиака в жидкой фазе.
2.Описание технологической схемы узла абсорбции
Изображение схемы на рис. в приложении.
Аммиачно-воздушная смесь поступает в нижний боковой патрубок абсорбера 1, проходит через насадку в противотоке с потоком орошения и уходит через штуцер из системы.
Вода на орошение подается в верхнюю часть абсорбера и равномерно орошает насадку по всей площади сечения.
Раствор газа в воде поступает в сборник 2, откуда центробежным насосом 3 часть потока выводится из системы, а часть, пройдя через теплообменник 4, смешивается со свежей водой и идет на орошение. Частичная рециркуляция воды необходима для увеличения движущей силы процесса массопередачи за счет снижения температуры. Рецикл необходим для отвода тепла абсорбции.
3.Краткое описание модуля абсорбера
Модуль абсорбера мультивариантный, т.е. он позволяет выполнять расчеты по разным алгоритмам при разных наборах входных переменных.
4.Краткое описание модуля теплообменника
Модуль теплообменника осуществляет расчет температуры выходных потоков в теплообменнике при известной температуре входных потоков и заданных коэффициентах теплоотдачи и площади поверхности теплообмена.
5.Расчет узла абсорбера
Составляем операторную схему (см. приложение).
Составляем матрицу структурных чисел, которая содержит численно-структурные основные параметры.
Число модулей в операторной схеме N1=4;
- Число потоков в операторной схеме N2=11;
- Число компонентов в потоке с максимальным их числом N=3;
- Число итерационных блоков N3=1;
- Число входных потоков системы и число входных потоков итерационных блоков N4= 4;
- Число разрываемых потоков в одном итерационном блоке М1=1;
- Число параметров модуля в потоке с максимальным их числом М2=10;
- Суммарное число входных и выходных потоков в модуле с максимальным их числом М3=4;
- Число входных потоков системы с экономической информацией М4=0;
Коэффициенты эмпирического уравнения, описывающие зависимость физико-химических характеристик компонента потока от температуры (C=A+B*t):
Теплоемкость F1=1
Вязкость F2=1
Плотность F3=1
Давление насыщенного пара F4=0
Теплопроводность F5=0
Молекулярная масса F6=1
Составляем матрицу последовательности расчета, которая содержит номера рассчитываемых аппаратов в порядке их расчетов:
- 1 4 3 2 5
Составляем структурную матрицу, которая отражает взаимосвязь аппаратов и потоков:
Таблица 1. Структурная матрица
|
Коэффициент модуля |
Входной поток |
Выходной поток |
Код модуля |
Номера потоков |
|||
|
входных |
выходных |
||||||
|
10 |
2 |
2 |
41 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
0 |
2 |
1 |
2 |
5 |
6 |
11 |
0 |
|
4 |
2 |
2 |
3 |
7 |
9 |
8 |
6 |
|
2 |
1 |
2 |
1 |
4 |
9 |
10 |
2 |
Составляем матрицу итерационных блоков, которая содержит номера разрываемых потоков:
Таблица 2. Матрица итерационных блоков
|
№ итерационных блоков |
Число разрываемых потоков |
№ входного потока |
№ выходного потока |
|
5 |
1 |
11 |
2 |
Составляем матрицу параметров модулей, которая содержит конструктивные и технологические параметры:
Таблица 3. Матрица параметров модулей
|
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1 |
3 |
1 |
2 |
1 |
1,2199 |
0 |
0,0327 |
65672.81 |
1 |
0,95 |
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
3 |
2000 |
2150 |
950 |
0,00003 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
4 |
0,3 |
0,7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Составляем матрицу параметров состояния входных потоков:
Таблица 4.
Названия компонентов
|
№ комп. |
1 |
2 |
3 |
|
Назв. |
вода |
воздух |
аммиак |
Таблица 5.
Матрица состояния потоков
|
№ потока |
Расход |
Температура |
Концентрации компонентов |
||
|
1 |
8860 |
19 |
0 |
0,92 |
0,08 |
|
5 |
14200 |
18 |
1 |
0 |
0 |
|
7 |
5400 |
13 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
10000 |
15 |
0,9 |
0 |
0,1 |
Коэффициенты эмпирического уравнения для расчета физико-химических свойств компонентов:
Таблица 6.
Физико-химические свойства
|
№ |
Компонент |
Коэффициенты |
|||
|
Теплоемкость |
Вязкость |
Плотность |
Мол. масса |
||
|
1 |
Вода |
4,19 |
0,001000 |
1000 |
18 |
|
2 |
Воздух |
1 |
0,000018 |
0,29 |
29 |
|
3 |
Аммиак |
2,24 |
0,000104 |
0,72 |
17 |
Получаем результаты:
Таблица 7.
Матрица результатов расчета
|
№ |
Кг/час |
˚С |
А |
В |
С |
|
1 |
8860,0 |
19 |
0 |
0,92 |
0,08 |
|
2 |
20573,4 |
17,1 |
0,986 |
0 |
0,014 |
|
3 |
8185,9 |
17,9 |
0 |
0,99 |
0,004 |
|
4 |
21247,5 |
27,7 |
0,955 |
0 |
0,045 |
|
5 |
14200 |
18 |
1 |
0 |
0 |
|
6 |
6374,2 |
15 |
0,955 |
0 |
0,045 |
|
7 |
5400 |
13 |
1 |
0 |
0 |
|
8 |
5400 |
27,7 |
1 |
0 |
0 |
|
9 |
6374,2 |
27,7 |
0,955 |
0 |
0,045 |
|
10 |
14873,2 |
27,7 |
0,955 |
0 |
0,045 |
|
11 |
20574,2 |
17,1 |
0,986 |
0 |
0,014 |
Изменяя расход подаваемой в теплообменник воды в потоке, добиваемся охлаждения зациклованной воды потока 6 до температуры 22˚С.
Таблица 8.
Основные характеристики плана эксперимента
|
Характеристики |
Z1 (G1) |
Z2 (G2) |
Z3 (α) |
|
Основной уровень |
8860 |
14200 |
0,3 |
|
Интервал варьирования |
1000 |
1000 |
0,1 |
|
Верхний уровень |
9860 |
15200 |
0,4 |
|
Нижний уровень |
7860 |
13200 |
0,2 |
Cоставляем матрицу планирования:
Таблица 9.
Матрица планирования
|
№ |
Значения факторов |
Параметр оптимизации (конц. аммиака) |
|||||
|
в кодированном виде |
в натуральном виде |
||||||
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Z1 |
Z2 |
Z3 |
Y% |
|
|
1 |
— |
— |
— |
7860 |
13200 |
0,2 |
4,31 |
|
2 |
+ |
— |
— |
9860 |
13200 |
0,2 |
5,26 |
|
3 |
— |
+ |
— |
7860 |
15200 |
0,2 |
3,79 |
|
4 |
+ |
+ |
— |
9860 |
15200 |
0,2 |
4,65 |
|
5 |
— |
— |
+ |
7860 |
13200 |
0,4 |
4,35 |
|
6 |
+ |
— |
+ |
9860 |
13200 |
0,4 |
5,36 |
|
7 |
— |
+ |
+ |
7860 |
15200 |
0,4 |
3,80 |
|
8 |
+ |
+ |
+ |
9860 |
15200 |
0,4 |
4,71 |
Составляем уравнение регрессии :
Коэффициенты уравнения регрессии:
В0=4,53
В1=0,47
В2=-0,29
В3=0,03
Уравнение регрессии:
Y=4,53+0,47*Х1-0,29*Х2+0,03*Х3
Коэффициенты чувствительности:
γ1= В1/∆G1=0,47/8860=0,00005305
γ2= В2/∆G2=-0,29/14200=0,00002042
γ3= В3/α =0,03/0,3=0,1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По заданию курсовой работы подобран расход воды в потоке 7 через теплообменник, обеспечивающий охлаждение зациклованной воды до температуры 22˚С и рассчитаны:
- Коэффициенты уравнения регрессии, которые численно равны параметру оптимизации при изменении соответствующего фактора на один интервал варьирования;
- Коэффициенты чувствительности выходных параметров к входным, которые численно равны изменению выходного параметра при изменении входного на единицу его изменения.
При известных параметрах входных потоков системы, рассчитаны параметры промежуточных и выходных потоков и оборудования. Полученные данные коэффициентов чувствительности в курсовой работе могут быть использованы для анализа работы системы при разных наборах входных параметров, для чего их требуется изменять по определенному порядку. В результате численного эксперимента получают чувствительность ХТС к внешним воздействиям.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/absorbtsiya-ammiaka/
1. Тарасов А.К., Системы автоматизированного проектирования, лекции, 2007г.
