Гидродинамические особенности моделирования процессов в БТС

В учебнике описаны методы моделирования и области их применения, а также принципы построения и виды математических моделей. Подробно изложена методика составления кинетических и гидродинамических моделей. Рассмотрены математические модели химических реакторов и вопросы перехода от лабораторных опытных установок к промышленным аппаратам. Приведены примеры построения математических моделей некоторых аппаратов химической технологии. Отражены особенности статистических математических моделей, описана методика их составления как на основе пассивного, так и активного эксперимента. Изложены основные положения оптимизации химико-технологических процесссов, даны примеры решения задач оптимизации детерминированных и стохастических процессов. Учебник предназначен для студентов химико-технологических специальностей вузов. Его смогут использовать в своей практической работе также инженеры-химики. [c.2]

В процессах с движущимся катализатором, а особенно в кипящем слое, влияние гидродинамических факторов еще сильнее, чем в процессах с неподвижным слоем катализатора. Поэтому при их разработке целесообразнее всего исследовать различные стороны процесса отдельно. Активность и стабильность катализатора и кинетику химических превращений наиболее удобно исследовать на проточно-циркуляционных или других кинетических установках. Истираемость катализатора, скорость падения активности, условия регенерации следует изучать в специальных условиях. Целесообразно отдельно исследовать гидродинамические характеристики аппарата. Однако практически последнее редко удается осуществить полностью и с достаточной надежностью и поэтому пока часто нельзя обойтись без предварительного моделирования процесса в целом в лабораторных условиях. Поскольку при этом целью является фактически исследование не катализатора, а аппарата, то лабораторную аппаратуру желательно выполнять в наибольших возможных размерах, чтобы устранить влияние стенок и других особенностей малых аппаратов. [c.418]

К решению задачи синтеза оператора, описывающего гидродинамическую структуру потоков в технологических аппаратах, можно подходить по-разному. Например, с точки зрения формальной теории динамических систем задача сводится к проблеме минимальной реализации (см. 2.5). В этом случае для решения задачи достаточно знать функцию отклика системы на известные входные возмущения. Однако при моделировании процессов в технологических аппаратах, как правило, нет необходимости считать объект черным ящиком , так как почти всегда существует априорная информация о важнейших особенностях структуры потоков в аппарате. Другая менее формальная и более технологичная точка зрения на синтез математической модели гидродинамической структуры потоков в аппаратах состоит в выборе наилучшего в известном смысле оператора из ограниченного множества возможных операторов для аппарата данной конструкции. [c.240]

Таким образом, применение методики топологического моделирования позволило получить математическую модель гидродинамических особенностей фонтанирования, в которой оказались взаимосвязанными такие важные конструктивно-технологические параметры, как диаметр входного устья давление па входе в аппарат Р , конусность аппарата а, масса зоны ядра М , масса промежуточной зоны 71 2 с давлением в слое Р, расходом газа Q и эквивалентными скоростями перемещений масс ядра и промежуточной 1 2 зон. Численный анализ дал достаточно полную картину развития явлений гидродинамики фонтанирования во времени в широком диапазоне изменения определяющих параметров. Информация о процессе, получаемая при численном решении уравнений модели, позволяет судить не только о состоянии фонтанирующего слоя как гидродинамической системы в любой момент времени, но и дает возможность решать задачи конструирования аппаратов фонтанирования с заданными технологическими режимами. Наконец, индикация совместных колебаний Р и О позволяет легко опознавать характер режимов фонтанирования, контролировать и вмешиваться в технологический процесс с целью поддержания режимов устойчивого фонтанирования. [c.265]

Моделирование процесса фильтрования является сложным и до настоящего времени малоизученным вопросом. В области фильтрования различают процессы микромоделирования и макромоделирования [34]. Под микромоделированием подразумевается моделирование процесса образования осадка с учетом всех происходящих явлений физико-химического и гидродинамического характера. Это моделирование является чрезвычайно сложной и практически нерешенной задачей, особенно в тех случаях, когда приходится сталкиваться с высокой дисперсностью твердой фазы суспензии, где роль явлений, происходящих на границе раздела фаз, особенно возрастает. [c.20]

При моделировании гидродинамики флотационных колонн следует учитывать, что значение таких параметров, как содержание твердого в пульпе и степень экранирования поверхности пузырька, изменяются не только вследствие гидродинамических особенностей, но и в результате флотационного процесса. [c.177]

К основным типам моделей относятся физические и математические. В ходе физического моделирования создаются установки,, сохраняющие в той или иной степени физическую природу изучаемого явления физические модели обычно сходны с оригиналами и по геометрической форме, а отличаются от него лишь значениями параметров. Физическое моделирование является одним из основных методов моделирования химико-технологических процессов, особенно таких сложных процессов, как каталитическая реакция во взвешенном (кипящем) слое катализатора. Физическое моделирование незаменимо также при моделировании геометрии промышленных реакторов и протекающих в них гидродинамических процессов. При этом связь между параметрами системы обычно установлена лишь функционально и определяется эмпирически. [c.321]

Основой для рассмотрения гидродинамических закономерностей процесса в технологических аппаратах являются законы классической механики. Однако в целом ряде практически важных случаев сложность конструктивного оформления аппаратов, фи-зико-химические особенности используемых сред не позволяют непосредственно применять уравнения гидромеханики для анализа и моделирования гидродинамической составляющей процесса. В этих условиях наиболее эффективно использование формализованных представлений о движении частиц потока в аппарате в виде математических моделей структуры потоков [7]. Основу для выбора гидродинамической модели (идеального смешения, идеального вытеснения, диффузионной, ячеечной, комбинированной п т. д.) составляют числовые характеристики распределения элементов потока по времени пребывания или функции распределения. [c.66]

Указанный подход по существу основан на методе математического моделирования. Однако успех моделирования во многом определяется наличием данных, обеспечивающих надежный переход к аппаратам промышленного размера, и главным образом наличием данных по структуре потоков газа и жидкости. Поэтому более перспективным представляется сочетание методов математического и гидродинамического моделирования [182, 214], особенно для наиболее важных химических процессов, для которых, как правило, имеются данные по химической кинетике и физическим свойствам, необходимые для построения математического описания. [c.169]

Значимость точного контроля температуры в зоне катализа и возникающие при этом затруднения освещались в п. 4 4 главы II и не требуют повторного рассмотрения. Что касается моделирования промышленных гидравлических режимов в лабораторных условиях, то оно представляет еще большие трудности, а иногда просто невыполнимо. Поэтому во многих случаях приходится руководствоваться только постоянством гидродинамических режимов во всех опытах. Особенно большое значение это условие имеет для многофазных процессов. Однако оно весьма важно и в других, даже сравнительно простых, случаях. Так, при изучении газовых мономолекулярных реакций над твердыми катализаторами в проточных условиях при переходных от ламинарного к турбулентному режимах нередко наблюдаются значения коэфициента р в уравнении (2. 1. 59), большие, чем единица теоретически же р может изменяться от —сс до 1. Это отступление обычно отмечается в тех случаях, когда все опыты ведутся в одном и том же реакторе с постоянной загрузкой катализатора. В этих условиях при уменьшении объемных скоростей происходит соответствующее снижение линейных скоростей (и параметров Рейнольдса). [c.422]

В химической технологии при расчете, моделировании и опти- мизации процессов исходят из анализа особенностей гидродинамической обстановки в аппарате. При этом движение взаимодействующих потоков в аппарате должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечивать максимальную производительность аппарата и наилучшие условия для избирательности протекающего в нем процесса. [c.56]

При расчете, моделировании и оптимизации процессов исходят из анализа особенностей гидродинамической обстановки в аппарате. [c.43]

Полный гидродинамический анализ смесителя Бенбери слишком сложен. В работе [38] предпринята удачная попытка моделирования процесса смешения с использованием компьютера. В настоящем разделе приведен только анализ идеализированной системы, состоящей из коаксиальных цилиндров (рис. 11.20, а), подобно тому, как это было сделано Буленом и Колвеллом [28], а также Мак-Келви [5]. Такая система позволяет понять особенности диспергирующего смешения, осуществляемого во всех обычных смесителях интенсивного смешения. [c.403]

Идентификация математического описания объекта является основным этапом в построении адекватной математической модели процесса и поэтому представляет собой одну из центральных эадач математического моделирования химико-технологических процессов. Как уже отмечалось, большинство таких процессов представляет собой многофазную многокомпонентную среду, распределенную в пространстве и во времени. Существенной особенностью этих процессов является их детерминированно-стохастическая природа, определяемая наложением стохастических особенностей гидродинамической обстановки в аппарате на процессы массо-и теплопереноса. Как следствие этого, параметры математических моделей отражают стохастические особенности протекания процесса и определяются статистическими методами. [c.23]

Целесообразно отдельно исследовать гидродинамические характеристики аппарата. Однако практически последнее редко удается осуществить и поэтоРу1у пока нельзя обойтись без предварительного моделирования процесса в целом в лабораторных условиях. Поскольку при этом целью является фактически исследование не катализатора, а аппарата, то лабораторную аппаратуру желательно выполнять в наибольщих возможных размерах, чтобы устранить влияние стенок и других особенностей малых аппаратов. [c.375]

Так е как и уравнение (5) для моделирования числа оборотов нешалки, оно отражает физическую сущность самого процесса моделирования и удобно при построении расчетных графиков. Как видин, на уненьшение удельной мощности влияют два фактора разность диаметров реакторов и коэффициент р, учитывающий гидродинамические особенности процесса перемешивания. [c.84]

Современные плазмохимические процессы (и, в частности, ряд многотоннажных промышленных процессов) организуются, как правило, таким образом, что потоки плазмы и сырья вводятся в плазмохимический реактор раздельно [1—3]. Для того чтобы достигнуть желаемого результата — провести в реакторе химическую реакцию, необходимо прежде всего перемешать сырье с плазмой. При этом по самой суш,ности химршеской реакции требуется, чтобы молекулы реагентов находились в непосредственном контакте. Это означает, что сырье должно быть перемешано с плазмой до молекулярных масштабов независимо от того, является ли плазма реагентом или только энергоносителем, поскольку перенос энергии от частиц плазмы к молекулам реагента происходит также на молекулярном уровне. Одной из характерных особенностей плазмохимической технологии является использование весьма высоких температур — от2-10 до (10—15)-10 °К. При таких температурах скорости химических реакций возрастают настолько, что характерные времена этих реакций становятся сравнимыми с характерными временами процессов переноса. Поэтому в процессе перемешивания реагента с плазмой, характерное время которого становится сравнимым по величине с характерным временем химических реакций, реагент может испытывать значительное превраш,ение. Для сокращения времени перемешивания последнее производят в условиях интенсивной турбулентности. Однако и в этих условиях время перемешивания остается еще достаточно большим для того, чтобы реагент в процессе перемешивания испытывал заметное превращение. При расчетах, моделировании и оптимизации плазмохимического реактора необходимо учитывать степень этого превращения, которая определяется геометрическими и гидродинамическими особенностями реактора-смесрхтеля. Следовательно, возникает необходимость рассчитывать степень превращения данного реагента в процессе его турбулентного перемешивания с плазмой в условиях, когда характерные времена химического превращения и физического процесса турбулентного перемешивания сравнимы по величине между собой. Эта задача неновая и возникает всякий раз, когда приходигся иметь дело с быстрыми и очень быстрыми химическими реакциями, нанример при расчете процессов горения в турбулентных потоках, определении параметров баллистических следов, остающихся за телами, перемещающимися с большими скоростями в газах и жидкостях, и определении констант скоростей биохимических реакций в растворах [4, 5]. [c.198]

Изложенный подход к синтезу функционального оператора ФХС позволяет сравнительно просто учесть влияние важнейпшх гидродинамических факторов в системе на макроуровне и отразить в структуре функционального оператора двойственную де-терминированно-стохастическую природу процессов. Показано, что эффективным средством моделирования стохастических особенностей ФХС является аппарат цепей Маркова и уравнение баланса свойств ансамбля частиц. [c.279]

Данная структура лаборатории и ее оборудование позволяют организовать цикл лабораторных работ а) исследование кинетических особенностей процесса и гидродинамических условий его проведения б) моделирование технологического процесса и исследование при помощи УВМ крит гриев коррекции для выбора модели, наиболее адекватно описывающей процесс в) исследование прн помощи УВМ критериев оптимизации для расчета оптимальных условий проведения процесса при работе УВМ в режиме советчик оператора , г) автоматическая оптимизация и управление технологическим процессом при работе УВМ в замкнутом контуре с автоматизированными технологическими установками. [c.222]

При моделировании, расчете и оптимизации работы реакторов стремятся применить идеальные гидродинамические модели полного омешения или идеалыного вытеснения (ом. с. 283). Для реакторов со стационарным (фильтрующим) слоем катализатора во многих случаях применима модель идеального вытеснения при адиабатическом или политермическом температурном режиме. Для описания каталитических процессов в аппаратах КС непригодны идеальные модели смешения и вытеснения. Наличие газовых пустот (пузырей) в слое катализатора и перемешивание газа и твердых частиц усложняют протекание химических процессов. Это обстоятельство находит отражение в математических моделях реакторов для таких систем, называемых двухфазными. Особенностями таких моделей является то, что реакция не протекает в зоне пузырей, а изменение концентрации реагирующих веществ происходит за счет массообмена с плотной частью слоя. В настоящее время для расчета реакторов КС широко используется так называемая пузырчатая модель, которая была исследована на процессе окисления 50г и дала хорошую сходимость с экспериментом в варианте, когда в плотной части слоя происходит полное смешение. В связи с этим можно рекомендовать эту модель для расчета и оптимизации каталитических реакторов КС окисления 50г в первой ступенп контактирования системы ДК/ДА, при этом слои катализатора изотермичны по высоте. Расчет высот слоев катализатора сводится к решению системы уравнений [c.266]

При рассмотрении механизмов превращения веществ и в особенности колебательных реакций мы довольно широко использовали различные модели модель активных соударений , модель шарик на холме , разнообразные гидростатические н гидродинамические модели. Привлеченные нам)1, в основном для иаглядиостн, модели сегодня играют исключительно большую рать и в сложных научных исследованиях. С разв(ггием средств вычислительной техники особое мевто заняли математические модели, а моделирование химических реакций и важнейших технологических процессов развилось в самостоятельную отрасль. Познакомимся поближе в молелями и моделированием в химии. [c.132]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология