1 REAKTOR STECHIOMETRYCZNY STOICH

2 REAKTOR STOICH Reaktor stechiometryczny Zakładamy reakcję według poniższego równania: M i - to symbol reagenta v i - to współczynnik stechiometryczny (ujemny dla substratów, dodatni dla produktów, zero dla inertów) M R substrat i jednocześnie składnik kluczowy. Stopień przemiany składnika kluczowego:

3 REAKTOR STECHIOMETRYCZNY Reaktor stechiometryczny

4 REAKTOR STECHIOMETRYCZNY Reaktor stechiometryczny Liczba stopni swobody: Trzeba podać dane strumienia wlotowego oraz trzy parametry, np.: zmianę ciśnienia (opcjonalnie), zapotrzebowanie ciepła stopień przemiany n c wsp. stechiometrycznych

5 REAKTOR STECHIOMETRYCZNY Podaje się: Termiczny rodzaj reaktora Składnik kluczowy Ciśnienie w reaktorze wsp. stechiometryczne stopień przemiany

6 TECHNOLOGIA ILOŚĆ STOPNI SWOBODY INSTALACJI

7 TECHNOLOGIA- ILOŚĆ STOPNI SWOBODY INSTALACJI

8 Obliczyć można odejmując od sumy stopni swobody wszystkich aparatów stopnie swobody strumieni wewnętrznych.

9 TECHNOLOGIA ŁĄCZENIE OPERACJI JEDNOSTKOWYCH

10 Wielofunkcyjny rozdzielacz – obejmuje rozdzielacz, wymiennik ciepła i regulator ciśnienia (zawór, kompresor) Uwaga: tracimy informacje o strumieniach pomocniczych Liczba stopni swobody wielofunkcyjnego rozdzielacza wynosi (n c +2)+2

11 ANALIZA CZUŁOŚCI

12 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

13 ANALIZA CZUŁOŚCI 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)

14

15 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI ZBIEŻNOŚĆ OBLICZEŃ

16 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI Jeżeli w instalacji występuje recyrkulacja strumienia nie można przeprowadzić wprost obliczeń sekwencyjnych Konieczne jest (wykonuje to symulator) 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

17 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI Przykładowa technologia Mieszalnik Reaktor Rozdziel. strumieni Odpow. Produkt Surowiec Uniwersalny Rozdziel faz Flash

18 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI Przykładowa technologia Mieszalnik Recykl Reaktor Moduł zbieżności Rozdziel. strumieni Odpow. Produkt Surowiec Uniwersalny Rozdziel faz Flash

19 ZBIEŻNOŚĆ OBLICZEŃ Wybór: Run/Convergence Stosowane metody: Podstawienie bezpośrednie Metoda Wegsteina Metoda dominującej wartości własnej (DEM)

20 ZBIEŻNOŚĆ OBLICZEŃ Podstawienie bezpośrednie x* - rozwiązanie dokładne Zbieżność metody jest liniowa: Iteracja bezpośrednia

21 ZBIEŻNOŚĆ OBLICZEŃ Metoda Wegsteina Oznaczmy : Dysponując wynikami dla dwóch kroków Metoda Wegsteina

22 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI Metoda Wegsteina Zakładając liniową zmianę błędu kolejna przybliżenie można obliczyć :

23 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI 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 Metoda Wegsteina

24 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI Metoda dominującej wartości własnej (DEM) Gdzie: a to wsp. tłumienia, miedzy 1 a 0 (domyślnie 0,7).  to wartość własna macierzy Delay Factor określa częstość użycia metody w obliczeniach

25 RECYKLE STRUMIENI W INSTALACJI Ubogi Wzbogacony GAZ ZASILAJĄCY Gaz oczyszczony Odpow. Uzupełnienie Iteracja bezpośrednia: 10 cykli obliczeniowych Metoda Wegsteina: 5 cykli obliczeniowych DEM: : 7 cykli obliczeniowych

26 APARAT ZŁOŻONY: KOLUMNA

27 Kolumna destylacyjna Częśc. skropl. Całk. skropl. Zasilanie Produkt dolny Zasilanie 2 Zasilanie 1 Produkt górny Kolumna absorpcyjna (Kolumna ekstrakcyjna) Półka zasilana kocioł skraplacz

28 MODEL PÓŁKI UNIWERSALNEJ j - ta półka

29 DEKOMPOZYCJA MODELU PÓŁKI Mieszalnik Rozdzielacz strumieni Równowaga Uniwersalny rozdzielacz faz Boczny odbiór par z półki Boczny odbiór cieczy z półki

30 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).

31 STOPNIE SWOBODY KOLUMNY Zdefiniujmy dla kolumny całkowita ilość półek: n t całkowita ilość strumieni zasilających: n f całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy ciekłej: n sl całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy gazowej: n sv całkowita ilość stopni ogrzewania: n q

32 STOPNIE SWOBODY KOLUMNY Suma stopni swobody półek: Liczba strumieni wewnętrznych Liczba stopni swobody kolumny

33 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

34 STOPNIE SWOBODY KOLUMNY Jako, że faktyczna liczba półek zasilanych n f jest zwykle mniejsza niż suma półek, definiuje się Pozostałe (n t -n f ) są definiowane automatycznie jako równe 0

35 STOPNIE SWOBODY KOLUMNY Definiować należy tylko istniejące strumienie boczne: n sl i n sv pozostałe (2n t -(n sl + n sv )) zostaną automatycznie przyrównane do 0 Zakładamy, że zdefiniować musimy tylko istniejące zapotrzebowania ciepła, n q, pozostałe n t -n q zostaną wprowadzone przyrównane do 0.. Ostatnim parametrem półek jest ciśnienie i jego wartości należy wstępnie oszacować.

36 RODZAJE KOLUMN W CHEMCADZIE Shortcut Column (SHOR) Tower Column (TOWR) Tower Plus Column (TPLS) SCDS Column (SCDS)