Материал: Підбір реактора для конкретного хімічного процесу

- об'ємна витрата речовини;

- температура речовини на вході;

- об'ємна витрата реакційної маси;

- концентрація реагентів у вихідному потоці;

- температура реакційної маси;

При розробці математичного опису хімічного реактора використовують такі основні допущення:

·        режим ідеального змішування реакційної маси;

·        сталість обсягу реагуємої суміші в реакторі;

·        сталість витрат реагуємої суміші.

Диференціальні рівняння, що описують матеріальний баланс хімічного реактора, будуть мати вигляд

, (13)

де  - об’єм реактора, м3;

 - інтенсивність джерел речовини: .

Враховуючи матрицю стехіометричних коефіцієнтів (4), складаємо систему диференціальних рівнянь виду (13).

Для розглянутої реакції система набирає наступний вигляд:

 (14)

Підставами в (14) вирази для швидкостей реакцій (3):

 (15)

Коефіцієнти  знаходяться за формулою (6).

Хімічні реакції відрізняються виділенням або поглинанням тепла, тому система рівнянь матеріального балансу (15) доповнюється рівнянням теплового балансу:

, (16)

де  - теплоємність суміші, ;

- площа теплообміну, ;

 - коефіцієнт теплопередачі;

- інтенсивність джерела тепла за рахунок реакції.

де  - тепловий ефект i-ої реакції, .

Розділимо рівняння (16) на .

Для розглянутої реакції тепловий баланс (16) з урахуванням (17) буде виглядати наступним чином:

 (18)

де ;

 - умовна теплоємність, ;

 - густина суміші, .

Підсумкова система диференціальних рівнянь, що описує хімічний реактор, прийме вигляд:

 (19)

Температура речовини розраховується за формулою

, (20)

де  - теплоємність речовини, .

Система (19) вирішується будь-яким з відомих способів чисельного або аналітичного методів вирішення систем диференціальних рівнянь за наявності початкових умов:

,

використовуючи дані про конструктивні характеристики апарата, фізичні властивості реагує суміші, тепловому ефекті реакції.

Для моделювання системи управління, в першу чергу, необхідно знати параметри настройки регулятора, коефіцієнт передачі регулюючого органу. Структурна схема САР представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2 - Структурна схема САР

Моделювання системи управління

Математичний опис САР хімічним реактором

Використовуючи отримані настройки, вирішуємо наступну систему:

реактор хімічний сажа моделювання

Температура речовини розраховується за формулою:

Об'ємна витрата речовини описується рівнянням:

Висновки по роботі

У ході виконання роботи були отримані практичні навички математичного моделювання процесів, що відбуваються в хімічному реакторі; змодельована система управління хімічним реактором; отримані настройки ПІ-регулятора.

Таким чином, підбір реактора для конкретного хімічного процесу, його розрахунок, оптимізація конструкції та умови проведення - завдання дуже складне, що вимагає глибоких знань у різних галузях фізики і хімії. Застосування ідеальних моделей хімічних реакторів, звичайно, значно спрощує розрахунки, однак вимагає уважного і обережного підходу, оскільки необхідно стежити за дотриманням умов ідеальності в кожному конкретному випадку. Особливі труднощі виникають при проведенні реакцій в сильно в'язких середовищах, де значно погіршуються умови масо- і теплообміну. Глибокий науковий підхід, з одного боку, і випадкові відкриття - з іншого, відіграють велику роль у розвитку сучасної хімічної технології.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1.      Белозеров Н.В. «Технология резины». М.: Издательство "Химия" .1979.- 3-е изд.,перераб. и доп.-470с.

.        Амелин А.Г. «Теоретические основы образования тумана при конденсации пара».

.        Шерешевский А.И. «Химические товары справочник часть 1 часть 2 издание 2».

.        Книгавко И.П. «Физико-химические исследования и аналитический контроль в производстве неорганических веществ Т 42».

.        Семке А.В. «Автоматизация процессов содового производства».

.        Захарченко П.И. «Справочник резинщика».

.        Зеликин М.Б. «Технология синтетических минеральных наполнителей адсорбентов и коагулянтов Т 21».

.        Жеребков С.К. «Крепление резины к металлам. Издание 2».

.        Мартин Д.М. «Производство и применение резинотехнических изделий».

.        Лукінюк М.В. Автоматизація типових технологічних процесів: технологічні об’єкти керування та схеми автоматизації [Текст] : навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл., які навчаються за напрямом «Автоматизація і комп’ют.-інтегр. технології / М.В. Лукінюк. - К.: НТУУ «КПІ», 2008. - 236 с. : іл. - Бібліогр.: с. 230-231. - 200 пр. -ISBN 978-966-622-287-2.

.        Вікіпедія - вільна енциклопедія. (http://uk.wikipedia.org/wiki/Автоматизація_виробництва).

.        Іванов А.О. Теорія автоматичного керування: Підручник. - Дніпропетровськ: Національний гірничий університет. - 2003. - 250 с.

.        Папушин Ю.Л., Білецький В.С. Основи автоматизації гірничого виробництва. - Донецьк: Східний видавничий дім, 2007. - 168 с. - ISBN 978-966-317-004-6.