Новое в теории химической технологии и технологических расчетах химических реакторов. Константин Владимирович Ефанов
Чтение книги онлайн.
Читать онлайн книгу Новое в теории химической технологии и технологических расчетах химических реакторов - Константин Владимирович Ефанов страница 1
Название: Новое в теории химической технологии и технологических расчетах химических реакторов
Автор: Константин Владимирович Ефанов
Издательство: Автор
isbn:
isbn:
Сейчас ситуация сильно изменилась, существуют программные средства, позволяющие выполнить полный расчет цифрового двойника реального реактора. Сначала рассчитываются физические процессы методом конечных элементов, затем реакционное пространство делится на зоны, и каждая зона рассчитывается по модели идеальных реакторов, то есть строится сетка из идеальных реакторов. Такой подход позволяет объединить идеи из диффузионной и ячеечной моделей, то есть учесть гидродинамику и рассчитать пространство по зонам. По-видимому, это очередное развитие в расчете химических процессов. Например, в программе ANSYS в Fluent рассчитывается гидродинамика, в Chemkin химический процесс. По-видимому такой подход может быть рассмотрен как развитие теории расчета химический реакторов (инженерной химии или основ химической технологии), разработанной в советское время, когда таких компьютерных программ не было и для упрощения использовались теория подобия и модели реакторов, изучаемые в химической технологии.
В настоящей работе материал изложен в последовательности:
– рассмотрение вывода уравнения идеального реактора
– сравнительный анализ и совместное прочтение моделей идеальных реакторов смешения и вытеснения с обоснованием общей физической модели для всех реакторов,
– анализ ячеечной и диффузионной моделей реакторов с учетом отклонений от идеальности
– краткий анализ расчета гидродинамики по критериальным уравнениям
– анализ применения сетки из эквивалентных реакторов и совместного расчета гидромеханического и химического процессов
ПОСВЯЩЕНИЕ
БОГУ ТВОРЦУ ТРОИЦЕ!
(в советской литературе была традиция в начале текста писать про задачи на таком-то съезде, я пишу посвящение, но Богу, а не съезду)
Благодарность
моей матери, работавшей в химическом машиностроении.
К выводу уравнений материального баланса химических реакторов
В работе сотрудников волгоградского технического университета [1,с.133] указывается, что расчет материального баланса химических реакторов основан на уравнении конвективно-диффузионного массобмена с дополнением к нему члена, описывающего химическую реакцию. То есть материальный баланс основан на решении уравнения гидромеханического процесса и химического процесса. Химический процесс представлен кинетическим уравнением скорости реакции, показывающим изменение массы компонентов вследствие химического превращения одних компонентов в другие.
Вывод уравнения конвективно-диффузионного массобмена подробно показан в известной учебной монографии Касаткина по процессам и аппаратам [5]. Для вывода уравнения в потоке среды выделяется кубический элемент, для которого записываются уравнения неразрывности потока.
Самокомпенсирующаяся ошибка в промежуточных выкладках для реактора идеального вытеснения
При выводе уравнения конвективно-диффузионного массобмена, используется физическая модель, в которой кубический элемент неподвижный, а поток является подвижным (то есть проходящим через куб). Эта особенность физической картины, на которой построен вывод уравнений, является ключевой.
В выделенном неподвижном кубическом элементе пространства реактора изменение концентрации вещества (степень превращения) за счет скорости химического процесса, будет постоянной. Так как этот элемент является неподвижным.
В самом подвижном элементарном объеме потока концентрация меняется по времени, одновременно за это время элементарный объем в результате переноса проходит определенный путь внутри реактора по траектории. Через переменную времени можно связать для подвижного объема изменение степени превращения и длины реактора.
Сделаем важный вывод: изменение концентрации за счет химической реакции от длины реактора справедливо только при рассмотрении движущегося элементарного объема, то есть внутри него.
А вот для неподвижного кубического элемента пространства реактора, через которое протекает поток, справедливым будет утверждение о том, что изменение концентрации не происходит (равно нулю).
В физической картине вывода уравнений конвективного и диффузионного массобмена используется второй подход, в котором в пространстве выделяется неподвижный кубик, но не рассматривается подвижный элемент внутри потока (т.е. движущейся с потоком).
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».