Transcript ChemCAD
ChemCAD Stopnie swobody operacji jednostkowych Sprężarka Wykres i-s Sprawność Sprężarka Równania Bilans składników Fi ,1 Fi , 2 0 Liczba równań i 1,...,n c Liczba zmiennych nc 2 nc 1 3 1 3 Różnica ciśnień P2 P1 P Bilans entalpii (dla 1 kmola gazu) h 1 WA h 2 0 lub (tylko jedno z równań jest niezależne) A gdzie h h 2,T h1 h 2 h1 h T j , P j , z 1, j ,...,z nc , j j 1,2 h 2 ,T h 2.T Sz 1,1 ,...,z nc ,1 , T1 , P1 , z 1, 2 ,...,z nc , 2 , T2 , P2 j nc Fj Fi , j i 1 z i, j Fi , j Fj j 1,2 j 1,2 i 1,...,n c n nc 2 m 2 nc 6 Sprężarka Stopnie swobody: s m n nc 4 nc 2 2 Tryb pracy Rodzaj modelu Specyfikacja parametrów Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła Równania Liczba równań Bilans składników i 1,...,n c Fi ,1 Fi , 2 0 Liczba zmiennych nc 2 nc 1 3 1 3 Spadek ciśnienia P2 P1 P Bilans entalpii nc nc i 1 i 1 h 1 Fi ,1 h 2 Fi , 2 Q 0 Znak przy wartości Q (zapotrzebowanie ciepła) zależy od kierunku procesu Zawsze dodatni dla podgrzewaczy i ujemny dla chłodnic. Zależności: h j h T j , P j , z 1, j ,...,z nc , j j 1,2 nc Fj Fi , j i 1 z i, j Fi , j Fj j 1,2 j 1,2 i 1,...,n c n nc 2 m 2 nc 6 Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła Liczba stopni swobody: s m n nc 4 nc 2 2 Strumień 11 o wlot / Strumień 17 to wylot Wymiennik ciepła dwustronny Równania Liczba równań Bilans skadników Liczba zmiennych Fi ,1 Fi , 2 0 i 1,...,n c nc 2 nc FiU,1 FiU, 2 0 i 1,...,n u nu 2nu 1 3 1 3 h 1 Fi ,1 h 2 Fi , 2 Q 0 1 3 h 1U FiU,1 h 2U FiU, 2 Q 0 1 2 Spadek ciśnienia P2 P1 P P P P U 2 U 1 Bilans entalpii U nc nc i 1 nu i 1 nu i 1 i 1 n nc nu 4 m 2 n c n u 11 Wymiennik ciepła dwustronny Stopnie swobody: s m n nc nu 7 nc 2 nu 2 3 Parametry strumieni oraz: 1. Spadek ciśnienia strumienia procesowego 2. Spadek ciśnienia strumienia pomocniczego 3. Parametr bilansu cieplnego (zwykle temp. wylotowa s. pr.) Problem: zwykle nieznane natężenie przepływu czynnika pomocniczego. Rozwiązanie: zamiast określać ten parametr można przyjąć temp. wylotową czynnika pomocniczego. Natężenie przepływu wyliczone zostanie z modelu Wymiennik ciepła dwustronny Zjawisko PINCHu – Zanika siła napędowa procesu, np.: • temp. wylotowa czynnika chłodzącego jest wyższa niż wlotowa ogrzewającego • temp. wlotowa czynnika chłodzącego jest wyższa niż wylotowa ogrzewającego Reaktor Reaktor stechiometryczny Zakładamy reakcję według poniższego równania: 1 M1 ... R M R 0 Mi - to symbol składnika vi - to współczynnik stechiometryczny (ujemny dla substratów, dodatni dla produktów, zero dla inertów) MR substrat i jednocześnie składnik kluczowy. Stopień przemiany składnika kluczowego: FR ,1 FR , 2 FR ,1 Reaktor Reaktor stechiometryczny Równania Liczba równań Liczba zmiennych Bilans składników Fi ,1 Fi , 2 i FR ,1 0 R i 1,...,n c nc 2 nc 1 Zmiana ciśnienia P2 P1 P Bilans entalpii nc nc i 1 i 1 h 1 Fi ,1 h 2 Fi , 2 Q 0 1 3 1 3 Jeśli właściwie obliczymy entalpię to równaniu bilansowym ciepło reakcji nie wystąpi w formie jawnej! Zależności: h j h T j , P j , z 1, j ,...,z nc , j j 1,2 nc Fj Fi , j i 1 z i, j Fi , j Fj j 1,2 j 1,2 i 1,...,n c n nc 2 m 2nc 7 Reaktor stechiometryczny Reaktor Liczba stopni swobody: s m n nc 5 nc 2 3 Trzeba podać dane strumienia wlotowego oraz trzy parametry, np.: •zmianę ciśnienia, •zapotrzebowanie ciepła •stopień przemiany Technologia- ilość stopni swobody instalacji Przykładowa technologia Spręż. Rozdziel. strumieni Odpow. Recykl Mieszalnik Surowiec Kocioł grzewczy Rozdzielacz faz Odpr. cz. pomocniczego Reaktor Chłodnica Dopr. cz. pomocniczego Zawór Produkt Technologia- ilość stopni swobody instalacji Obliczyć można odejmując od sumy stopni swobody wszystkich aparatów Stopnie swobody strumieni wewnętrznych. Przykładowa technologia Sprężarka Rozdziel. strumieni Kocioł grzewczy Mieszalnik Rozdzielacz faz Reaktor Chłodnica Zawór s 2 nc 4 nc 4 nc 5 nc nu 7 nc 3 nc 2 nc 3 nc 4 8 nc 2 s nc nu 16 nc 2 nu 2 12 Technologia- łączenie operacji Wielofunkcyjny rozdzielacz – obejmuje rozdzielacz, wymiennik ciepła i zawór (regulator ciśnienia) Przykładowa technologia Przykładowa technologia Sprężarka Sprężarka RecyklRecykl Rozdziel. strumieni Rozdziel. strumieni Odpow. Odpow. Kocioł grzewczy Mieszalnik Surowiec Uniwersalny Rozdziel faz Surowiec Rozdzielacz faz Reaktor Mieszalnik Kocioł grzewczy Uniwersalny Rozdziel faz Flash Odpr. cz. pomocniczego Reaktor Chłodnica Zawór Dopr. cz. pomocniczego Produkt Produkt Uwaga: tracimy informacje o strumieniach pomocniczych Liczba stopni swobody wielofunkcyjnego rozdzielacza wynosi nc+4 Analiza czułości Pozwala przeanalizować wpływ zmian parametru na działanie aparatu/instalacji – Parametrem może być • jeden ze stopni swobody aparatu • parametr strumienia Recykle strumieni w instalacji Jeżeli w instalacji występuje recyrkulacja strumienia nie można przeprowadzić wprost obliczeń sekwencyjnych Konieczne jest (wykonuje to symulator) – – – – Przerwanie strumienia (Cut stream) Wstawienie modułu zbieżności Określenie sekwencji obliczeń Prowadzenie obliczeń i przerwanie w momencie uzyskania zbieżnego rozwiązania Recykle strumieni w instalacji Przykładowa technologia Rozdziel. strumieni Odpow. Moduł zbieżności Recykl Surowiec Mieszalnik Reaktor Uniwersalny Rozdziel faz Flash Produkt