Chem CAD Stopnie swobody operacji jednostkowych Sprarka Wykres
Chem. CAD Stopnie swobody operacji jednostkowych
Sprężarka Wykres h-s (i-s) Sprawność
Sprężarka
Sprężarka Stopnie swobody:
Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła
Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła Liczba stopni swobody: Strumień 11 to wlot / Strumień 17 to wylot
Wymiennik ciepła dwustronny
Wymiennik ciepła dwustronny Stopnie swobody: Parametry strumieni wlotowych oraz: 1. Spadek ciśnienia strumienia procesowego 2. Spadek ciśnienia strumienia pomocniczego 3. Parametr bilansu cieplnego (zwykle temp. wylotowa s. proc. ) Problem: zwykle nieznane natężenie przepływu czynnika pomocniczego. Rozwiązanie: zamiast określać F 1 można przyjąć temp. wylotową czynnika pomocniczego. Natężenie przepływu wyliczone zostanie z modelu
Wymiennik ciepła dwustronny n 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
Wymiennik ciepła
Reaktor stechiometryczny Reaktor Zakładamy reakcję według poniższego równania: Mi - to symbol reagenta vi - to współczynnik stechiometryczny (ujemny dla substratów, dodatni dla produktów, zero dla inertów) MR substrat i jednocześnie składnik kluczowy. Stopień przemiany składnika kluczowego:
Reaktor stechiometryczny
Reaktor stechiometryczny Reaktor Liczba stopni swobody: Trzeba podać dane strumienia wlotowego oraz trzy parametry, np. : • zmianę ciśnienia, • zapotrzebowanie ciepła • stopień przemiany
Reaktor stechiometryczny n Podaje się: – Termiczny rodzaj reaktora – wsp. stechiometryczne – zmianę ciśnienia, – stopień przemiany
Reaktor równowagowy (EREA) n Podaje się: – Ilość reakcji – rodzaj obliczeń termicznych – Sposób obliczeń • Stopień konwersji – jak r. stechiometryczny – Rodzaje reakcji – równoległe/następcze • Podejście z przyrostem temperatury • Podejście równowagowe – Podaje się stałe równowag reakcji oraz względny stopień konwersji w odniesieniu do stanu równowagi
Reaktor równowagowy (EREA) • Pi – produkty, Ri – substraty, xi , yi – zwykle wsp. stechiometryczne • Dla reakcji konwersji CO i metanizacji stałe są dostępne • JEDNOSTKI (zakładka More Specyfications)
Reaktor równowagowy (EREA)
Reaktor równowagowy (EREA)
Reaktor kinetyczny n Podaje się: – Ilość reakcji – Typ reaktora (zbiornikowy/rurowy) – Sposób obliczeń termicznych – Cel obliczeń – JEDNOSTKI (More Specyfications) – Parametry kinetyczne reakcji
Reaktor kinetyczny zbiornikowy
Reaktor rurowy (przepływ tłokowy)
Obliczane są n Temperatura/zapotrzebowanie n Objętość reaktora/stopień przereagowania ciepła
Kinetyka reakcji n Standardowa: – równanie Arrheniusa – Równanie Langmuira-Hinselwooda – reakcja z katalizą heterogeniczną n Niestandardowa – Tworzy się własne równanie – Parametry zapisywane w plikach. xls i. bas
Reaktor Gibbsa Do obliczeń bilansu masowego i cieplnego n Natężenia przepływu produktów, skład, warunki termiczne obliczane z minimalizacji energii Gibbsa n Dla typowych związków wystarczy podać parametry zasilania n Nie trzeba podawać stechiometrii!!!! n – Należy wyszczególnić INERTY Obliczany jest hipotetyczny stan równowagi n Szczególnie użyteczny przy obliczeniach spalania i wytrącania n
Reaktor Gibbsa
Reaktor okresowy (Batch) n Jest elementem dynamicznym n Wsad stanowi stan początkowy n Obliczenia z wykorzystaniem kinetyki reakcji
Technologia- ilość stopni swobody instalacji
Technologia- ilość stopni swobody instalacji Obliczyć można odejmując od sumy stopni swobody wszystkich aparatów stopnie swobody strumieni wewnętrznych.
Technologia- łączenie operacji Wielofunkcyjny rozdzielacz – obejmuje rozdzielacz, wymiennik ciepła i regulator ciśnienia (zawór, kompresor) Uwaga: tracimy informacje o strumieniach pomocniczych Liczba stopni swobody wielofunkcyjnego rozdzielacza wynosi (nc+2)+2
Analiza czułości n Pozwala przeanalizować wpływ zmian parametru na działanie aparatu/instalacji – Parametrem może być • jeden ze stopni swobody aparatu • parametr strumienia – Definiuje się • Parametr(y) modyfikowany, zakres modyfikacji i ilość kroków • Parametr(y) zapisywane
Analiza czułości n Utworzenie analizy czułości: – Menu: Run/Sensitivity Study/New Analysis – Podanie nazwy analizy – Dane parametru zmienianego (Adjusting) • Typ (Equipment/Stream) • ID • Nazwa (wystąpi na wykresach) – Parametry zapisywane (Recording) • Typ (Equipment/Stream) • ID • Nazwa (wystąpi na wykresach)
Recykle strumieni w instalacji Jeżeli w instalacji występuje recyrkulacja strumienia nie można przeprowadzić wprost obliczeń sekwencyjnych n Konieczne jest (wykonuje to symulator) n – – Przerwanie strumienia (Cut stream) Wstawienie modułu zbieżności Określenie sekwencji obliczeń Nadanie przerwanemu strumieniowi startowych wartości parametrów – Prowadzenie obliczeń i przerwanie w momencie uzyskania zbieżnego rozwiązania
Recykle strumieni w instalacji Przykładowa technologia Rozdziel. strumieni Odpow. Surowiec Mieszalnik Reaktor Uniwersalny Rozdziel faz Flash Produkt
Recykle strumieni w instalacji Przykładowa technologia Rozdziel. strumieni Odpow. Moduł zbieżności Recykl Surowiec Mieszalnik Reaktor Uniwersalny Rozdziel faz Flash Produkt
Recykle strumieni w instalacji n Stosowane metody: – Podstawienie bezpośrednie – Metoda Wegsteina – Metoda dominującej wartości własnej (DEM)
Recykle strumieni w instalacji n Podstawienie bezpośrednie x* - rozwiązanie dokładne Zbieżność metody jest liniowa:
Recykle strumieni w instalacji n Metoda Wegsteina Oznaczmy: Dysponując wynikami dla dwóch kroków
Recykle strumieni w instalacji n Metoda Wegsteina Zakładając liniową zmianę błędu kolejna przybliżenie można obliczyć :
Recykle strumieni w instalacji n Metoda Wegsteina W praktyce stosuje się równanie: Gdzie granice q określa się w okienkach: Wegstein lower bound" i “Wegstein upper bound". Im bardziej ujemna wartość q tym metoda bardziej przyspiesza jest jednak wówczas bardziej niestabilna Delay Factor określa częstość użycia metody w obliczeniach
Recykle strumieni w instalacji n Metoda dominującej wartości własnej (DEM) Gdzie a to wsp. tłumienia, miedzy 1 a 0 (domyślnie 0, 7). Delay Factor określa częstość użycia metody w obliczeniach
Recykle strumieni w instalacji Uzupełnienie Gaz oczyszczony Ubogi Odpow. GAZ ZASILAJĄCY Wzbogacony Iteracja bezpośrednia: 10 cykli obliczeniowych Metoda Wegsteina: 5 cykli obliczeniowych DEM: : 7 cykli obliczeniowych
Aparat złożony: kolumna
Kolumna destylacyjna Kolumna absorpcyjna (Kolumna ekstrakcyjna) Częśc. skropl. Produkt górny Zasilanie 1 skraplacz Całk. skropl. Zasilanie Półka zasilana Zasilanie 2 kocioł Produkt dolny
Model półki uniwersalnej j - ta półka
Dekompozycja modelu półki Boczny odbiór par z półki Rozdzielacz Uniwersalny rozdzielacz faz Równowaga Mieszalnik Rozdzielacz Boczny odbiór cieczy z półki
Stopnie swobody półki Dla modułowych obliczeń sekwencyjnych zdefiniować należy strumienie wlotowe (zasilanie, zasilanie fazą ciekłą, zasilanie fazą gazową ) oraz parametry aparatu, zazwyczaj parametry rozdziału w rozdzielaczach (2), ciśnienie w układzie (1) oraz zapotrzebowanie ciepła (1).
Stopnie swobody kolumny n Zdefiniujmy dla kolumny – całkowita ilość półek: nt – całkowita ilość strumieni zasilających: nf – całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy ciekłej: nsl – całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy gazowej: nsv – całkowita ilość stopni ogrzewania: nq
Stopnie swobody kolumny – Suma stopni swobody półek: – Liczba strumieni wewnętrznych – Liczba stopni swobody kolumny
Stopnie swobody kolumny Parametry strumieni zasilających liczba parametrów opisujących obiekty – półki: 1. upustowe strumienie boczne ciekłe 2. upustowe strumienie parowe, 3. strumienie ciepła, 4. Ciśnienia panujące na półce Opisuje półki skrajne: na pierwszej półce nie ma strumienia dolotowego cieczy – skład destylatu na ostatniej półce nie ma strumienia dolotowego par – skład wywaru
Stopnie swobody kolumny Jako, że faktyczna liczba półek zasilanych nf jest zwykle mniejsza niż suma półek, definiuje się Pozostałe (nt-nf) są definiowane automatycznie
Stopnie swobody kolumny Definiować należy tylko istniejące strumienie boczne: nsl i nsv pozostałe (2 nt-(nsl + nsv)) zostaną wprowadzone automatycznie Zakładamy, że zdefiniować musimy tylko istniejące zapotrzebowania ciepła, nq, pozostałe nt-nq zostaną wprowadzone automatycznie. Ostatnim parametrem półek jest ciśnienie i jego wartości należy wstępnie oszacować.
- Slides: 53