ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.11.2024

Просмотров: 25

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа природных ресурсов

Направление подготовки (специальность) Энерго- и ресурсосберегающие процессы вхимической технологии, нефтехимии ибиотехнологии

Отделение химической инженерии

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №2

Модульный принцип расчета ХТС

по дисциплине Системный анализ процессов химической технологии

Выполнил студент гр. 2К51 ___________ Ларина Е.Е.

(Номер группы) (Подпись) (Ф.И.О.)

_____ _____________ 2019г.

(Дата сдачи отчета)

Отчет принят:

___________________________ ____________ Чузлов В.А..

(Ученая степень, ученое звание, должность) (Подпись) (Ф.И.О.)

_____ _____________ 2019г.

(дата проверки отчета)

Томск, 2019 г.

Цель работы:

1. Освоение методики, составление и использование моделирующих программ ХТС.

2.Построение подпрограммы для расчета смесителя, распределителя потоков и теплообменников.

Задачи работы (ход работы):

1. Написать процедуры расчета для следующих элементов ХТС:

  • Смесителя. Найти: расход выходного потока; доля первого компонента в выходном потоке; доля второго компонента в выходном потоке; температуру выходного потока.

  • Теплообменника. Найти: расход выходного потока; доли компонента в выходном потоке; температуру выходного потока.

  • Делителя. Найти: расходы выходных потоков; доли компонентов в потоках; температуры выходных потоков.

2. Составить программу расчета для ХТС 1, ХТС 2.

3. Составить матрицу потоков.

4. Сделать вывод по проделанной работе.


Теоретическая часть

ХТС – это совокупность физико-химических процессов, происходящих в системе, а также средств для их реализации.

Элемент ХТС – это аппарат, в котором протекает химико- технологический процесс.

По своему назначению можно выделить следующие основные элементы ХТС: объединительный, распределительный, соединительный, разделительный, межфазного обмена, элемент типа «нагрев-охлаждение». Объединительный элемент осуществляет суммирование входных потоков и имеет один выходной поток. Распределительный элемент осуществляет распределение одного входного потока на несколько в заданном отношении. Соединительный элемент осуществляет химическое превращение исходных веществ в продуты реакции. Разделительный элемент осуществляет фазовое разделение потоков. Элемент межфазного обмена осуществляет массообмен между потоками.

  • Смеситель потоков

Смесители используются главным образом для интенсификации процессов тепло- и массопередачи, особенно при различных химических реакциях [2].

Постановку задачи сформулируем следующим образом: для заданных параметров входных потоков( расход, состав, температура) определить параметры выходного потока.

Допущения при расчете:

1. Имеет место идеальное перемешивание.

2. Тепловые потери отсутствуют.

3. Тепловой эффект смешения не учитывается.

4.Теплоемкость веществ постоянна.

Основные расчетные формулы [3]:

???????? = ???? + ???????? (1)

Общее уравнение материального баланса:

(2)

Уравнение материального баланса по каждому компоненту:

(3)

(4)

Уравнение теплового баланса [2,3]:

(5)

(6)

(7)

(8)

где , i- номер входного потока; n- количество потоков; j- номер компонента; l- количество компонентов; GK - расход выходного потока; Gi- расход i-го компонента; mi,j- мольная доля j-го компонента в i-м выходном потоке; mk j-мольная доля j-го компонента в входном потоке; Ti- температура i-го входного потока; T K -температура выходного потока; CPi-теплоемкость i-го входного потока; CPK -теплоемкость выходного потока; CPj-теплоемкость j-го компонента.


Последовательность расчета

1. По уравнению (2) рассчитываем общий расход G4.

2. По уравнению (4) рассчитать доли компонентов G4.

3. По уравнению (1) находим СР 1-го компонента в 1-м, 2-м, 3-м потоке и СР 2-го компонента в 1-м, 2-м, 3-м потоке. Найти СР среднее 1-го и 2-го компонента.

4. По уравнению (7) найти СР потоков (1-го, 2-го, 3-го).

5. По уравнению (8) рассчитать СР выходного потока.

6. По уравнению (6) рассчитать температуру выходного потока G4.

  • Теплообменник

Теплообменник - устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры [2].

Постановку задачи можно сформулировать следующим образом. Для данного вектора параметров входного потока( расход, состав, температура) определить векторы выходных потоков.

Допущения при расчете

1. Рассматриваем кожухотрубный теплообменник в стационарном режиме.

2. Теплопередача не сопровождается изменением агрегатного состояния теплоносителя.

3. Потери теплоты не учитываются.

4. Схемы движения теплоносителей противоточная.

5. Коэффициенты теплопередачи в трубном и межтрубном пространствах рассчитывается при начальных температурах теплоносителей.

6. Теплоноситель отдающий теплоту( горячий поток) направляется в трубы, а теплоноситель принимающий теплоту( холодный поток) в межтрубное пространство.

Основные расчетные формулы [2,3]:

????гк = ????гн,

????гк = ????гн (9)

G- расход теплоносителя, кг/ч; г;

Количество теплоты, переданное через стенку [2]:

(10)

КТ- коэффициент теплопередачи, Вт/м2 ;F-площадь поверхности теплообмена.

∆????2 = ????гн − ????хк

∆????1 = ????гк − ????хн

Количество теплоты, отданное горячим теплоносителем:

???? = ????г * (????гн − ????гк)

Количество теплоты, принятое холодным теплоносителем:

???? = ????х * (????хк − ????хн)

Водяные эквиваленты [2]:

????г = ????г /????????г (11)

????х = ????х /????????х (12)

Уравнение теплового баланса теплообменника:


????г * (????гн − ????гк) = ????* (????хк − ????хн) (13)

????гк = ????гн – (????хк−????хн)/ ????

???? = ????г/ ????х (14)

Приравняем уравнения (10) и (13):

(15)

Приравняем уравнения (14) и (15):

(16)

???? = ????????*????/ ????г

Коэффициент теплопередачи [2,3]:

(17)

α1, α2 - коэффициенты теплоотдачи в трубном и межтрубном пространстве, Вт/м2;

∑ ????ст - сумма термических сопротивлений стенки;

(18)

dвн- внутренний диаметр труб;

Nm-число труб в теплообменнике;

S - площадь сечения теплообменника.

Последовательность расчета

1. По уравнению (11), (12) рассчитать водяные эквиваленты холодного и горячего теплоносителя (G4, G5).

2. По уравнению (14) найти коэффициент N.

3. По уравнению (18) найти α1, α2.

4. По уравнению (17) найти KT.

5. По уравнению (16) найти коэффициент M и температуру выходного потока.

  • Делитель потоков

Распределитель потока предназначен для распределения входного потока по нескольким выходным потокам.

В этом случае постановку задачи можно сформулировать следующим образом. Для данного вектора параметров входного потока( расход, состав, температура) определить векторы выходных потоков.

Основные расчетные формулы:

Расход потоков [2]:

???????????? = ????????* ???? (19)

bi- коэффициент определяющий соотношение между i-м выходным и входным потоками.

∑???????? = 1

????????,???? ???? =???????? (20)

???????????? = ????вх (21)

Последовательность расчета

1. По уравнению (19) рассчитываем расходы выходных потоков G6 и G7.

2. Температуры потоков 6 и 7, равны температуре и составу потока 5.

Расчет ХТС переменной структуры

В химической промышленности аппараты в схеме могут располагаться в разнообразном порядке. В зависимости от того в каком порядке потоки поступают в аппараты мы обращаемся к модулям аппаратов в программе расчета. В этом состоит сущность расчета ХТС переменной структуры.