ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2024
Просмотров: 25
Скачиваний: 0
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.