Задание

Требуется синтезировать ХТС, работающую по следующей технологии:

Смесь, состоящую из компонентов А и B и инертного компонента нагревается в системе теплообмена до t1, поступает в реактор, где протекает обратимая реакция: A+0,5B=C+q, где q=21200 кал/моль – тепловой эффект реакции.

Реакция характеризуется константой скорости k=f(t) и константой равновесия К=f(t), для которых имеются экспериментальные данные.

Поскольку реакция равновесная и экзотермическая, то для повышения равновесной степени превращения реакционная смесь должна проходить несколько реакторов с промежуточным охлаждением между ними.

После прохождения m реакторов смесь поступает в абсорбер для выделения компонента C, а затем проходит n реакторов и второй абсорбер.

Таким образом, операторная схема выглядит следующим образом:

n-й реактор

m+1-й реактор

ta2

Tn

tn

tm+1

t0

Tm+1

 

	1-й реактор		m-й реактор		1-й абсорбер

 

Заданы температуры на входе в реакторы и абсорберы, объемы реакторов и абсорберов. Заданы также плотности орошения в абсорберах, температура, расход и концентрации компонентов исходной смеси.

Реакторы описываются моделями идеального вытеснения. Абсорберы описываются статистическими моделями по экспериментальным данным.

Скорость реакции в реакторе описывается уравнением:

W= (k (t) ×a×b/ (a+0,8×c)) ×(1-(c/ (Kр(t) ×a×b0,5))2),

где a, b, c – концентрации компонентов, об. доли.

При построении системы теплообмена могут использоваться пар и вода со следующими характеристиками:

начальная температура воды – 20°С,

конечная температура воды не более 90°С,

температура пара 460°С,

температура конденсации греющего пара 520 ккал/кг,

стоимость воды 0,00007 ус.д.ед./кг.

стоимость греющего пара 0,001 ус. д. ед./кг.

Коэффициенты теплопередачи:

в теплообменниках 19 ккал/(м2×ч×°С),

в нагревателях 22 ккал/(м2×ч×°С)

в холодильниках 20 ккал/(м2×ч×°С);

Теплоемкость реакционной смеси 0,33ккал/(м3×°С);

Время работы установки 8800 ч/год.

Нормативный коэффициент эффективности 0,12

Стоимостной коэффициент a 483

Вариант курсовой работы №1

m=3; n=2. Все реакторы идеального вытеснения.

t0=60°C	t1=415°C	t2=460°C	t3=420°C
ta1=180°C	t4=415°C	t5=405°C	ta2=175°C

Расход смеси на входе в систему – 120000 м3/ч.

Концентрации компонентов:

А – 0,08 об. доли;

В – 0,09 об. доли;

С – 0,0008 об. доли.

Объемы реакторов, м3:

V1=70; V2=50; V3=50; V4=60; V5=40.

Объемы абсорберов, м3:

V1=25; V2=26.

Плотность орошения в 1–_м абсорбере 18 м3/м2.

Плотность орошения во 2–_м абсорбере 18 м3/м2.

Для получения значений k0 и E в уравнении Аррениуса использовать данные таблицы 1 и МНК.

Kр (t) =10^ (4905/T-4,6455)

Для получения статистической модели абсорбера использовать данные таблицы 2 и метод Брандона.

Таблица 1. Зависимость константы скорости от температуры

t, °C	k,1/c
400	0,4
405	0,4
415	0,5
435	0,6
455	0,8
485	1,3
505	1,6
530	2,2
575	3,5
595	4,3
605	4,7
615	5,2

Таблица 2. Экспериментальные данные по работе абсорберов

Номер Опыта	Твх, ˚С	Плотность орошения, м3/м2	Объем абсорбера, м3	Твых, ˚С	Степень абсорбции y, %
1	170	13	22	65	72,2
2	180	14	25	57	78,1
3	170	13	30	49	84,4
4	160	18	21	56	85,1
5	188	17	27	49,5	87,9
6	200	16	24	59	79,0
7	210	19	22	60	80,5
8	150	20	25	44	99,9
9	174	21	26	44,5	98,9
10	182	21	26	45,5	97,15
11	190	21	26	46,5	95,5
12	170	18	26	47,5	92,43
13	160	17	29	43	97,19
14	170	15	24	56	81,5
15	180	15	24	57,5	80,0
16	190	15	24	59	78,0
17	210	15	24	62	75,0
18	225	16	22	62	72,0
19	210	18	29	48	90,0
20	150	18	19	59	83,5
21	186	14	25	58	77,5
22	190	14	25	59	77,0

• Введение
• Обработка экспериментальных данных. Нахождение параметров уравнения Аррениуса методом МНК
• Получение статистической модели абсорбера с помощью метода Брандона
• Математическое описание аппаратов. Реакторы идеального вытеснения
• Абсорберы
• Синтез оптимальной тепловой системы с помощью эвристического метода
• Выводы