Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию РФ
Российский химико-технологический университет
Кафедра кибернетики химико-технологических процессов
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ (на примере
использования DESIGN-II для Windows)
Учебное пособие
Москва 2006
Составитель Кознов А.В.
УДК 66.01.011
Автоматизированный расчет химико-технологических систем (на примере использования DESIGN-II для Windows): Учебное пособие/Сост.: Кознов А.В.; РХТУ им. Д.И. Менделеева. Москва, 2006. 84 с.
Кратко изложены теоретические основы, структура, возможности и основные принципы функционирования программных оболочек, предназначенных для моделирования химико-технологических систем (ХТС). На примере предпроектного расчета подогревателя воды (водогрейного котла) изложена последовательность работы пользователя с программой Design-II для Windows[1,2]. Рассмотрено описание основных типов оборудования с использованием Design-II для Windows для решения задач моделирования и расчета ХТС.
Предназначены для использования в лабораторных - практических работах студентов химико-технологических специальностей.
|
ISBN |
© Российский химико-технологический университет, 2006 |
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время в связи с ростом затрат на энергообеспечение в промышленности особое внимание стало обращаться на оптимизацию технологических процессов. Однако из-за высокой сложности химико-технологических процессов их анализ и оптимизация довольно сложны и требуют применения современной вычислительной техники с установленным соответствующим программным обеспечением. При этом, ввиду ограничений на стоимость и время необходимых для выполнения работ, возможно провести анализ и оптимизацию только части существующей технологических схем или к рассмотрению не всего, а лишь небольшого числа структурных вариантов технологических решений. Кроме того, для полной оценки режимов работы технологических схем и систем управления в масштабах предприятия в большинстве случаев возникает необходимость моделирования химико-технологических систем в изменяющихся условиях.
Существуют различные подходы к решению задач предпроектной проработки автоматизированного проектирования. При этом необходимо или самостоятельно разработать такую систему или воспользоваться готовой - подходящей системой.
Используя первый подход, процесс моделирования технологических процессов и систем требует наряду с хорошим знанием технологических процессов применение языков программирования и поэтому использовался исключительно специалистами, свободно разбирающимися в химической технологии, моделировании и программировании.
Примером такой системы может служить разработанная на кафедре кибернетики химико-технологических процессов - учебно-исследовательская система автоматизированного проектирования процессов разделения многокомпонентных смесей (УИ САПР ПРМС) (См. рис.1) [3] .
Данная система была призвана помочь студентам в процессе обучения:
Рис. 1. Принципиальная схема УИ САПР ПРМС.
Система основана на материале из монографии [4], построена в виде блоков и позволяет с помощью меню вы бирать для изучения и выполнения разделы различных типов: 1 — аннотированные, 2 — для глубокого изучения, 3 — тестовые, 4 — задания для практического выполнения, 5 – анализ результатов расчета.
В аннотированных разделах содержится краткая информация об изучаемых разделах, позволяющая выбрать раздел для более глубокого изучения. В группе разделов второго типа представлено подробное опи сание для глубокого изучения темы. В третьей группе собраны тесто вые задания учебных программ. В четвертой группе находятся выпол няемые программы для расчета и моделирования химико-технологиче ских процессов. В пятой группе сформированы вопросы, подводящие итоги по изучаемой теме.
Система содержат следующие лабораторные работы:
— работа с базами данных физико-химических свойств компонен тов;
— расчет критических свойств, отсутствующих в базах данных;
— аппроксимация теплофизических свойств компонентов;
— расчет, проектирование и синтез теплообменных систем;
— расчет и проектирование колонных аппаратов для ректификации;
— синтез схем разделения многокомпонентных сме сей;
— синтез оптимальных энергосберегающих схем разделения многокомпонентных смесей в простых и сложных ректификационных колоннах;
— размещение технологического оборудования на производстве и об вязка трубопроводами.
В подсистему УИ САПР ПРМС входят математические модели и программы расчета процессов и аппаратов для разделения многокомпо нентных жидких и газообразных смесей, таких как ректи фикация, выпарка, экстракция, адсорбция, абсорбция, мембранное разделение, теплообмен и др.
В программах моделирования и расчета используются известные математические модели процессов разделения. С помощью этих программ можно после изучения соответствующих теоретических разделов провести все расчеты процессов и аппаратов и перейти к подготовке проектной документации на аппараты.
Другой подход основан на использовании быстрого развития современных мощных персональных компьютеров с графическими интерфейсами пользователя, что позволяет создать специализированные программные оболочки, автоматизирующие сложные вычисления и наглядно отображающие результаты расчета.
В настоящее время существует не очень большой выбор конкурентоспособных программных оболочек для моделирования стационарных и нестационарных (в том числе и периодических) химико-технологических систем, которые применяются для проведения технологических расчетов при инженерном анализе и проектировании. При использовании этих программных оболочек пользователю нет необходимости очень хорошо знать языки программирования, так как процесс составления модели производства заключается в использовании базы данных по процессам, с помощью которой пользователь на экране компьютера составляет технологическую схему, соединяя аппараты технологическими потоками.
До последнего времени такое программное обеспечение в России не применялось. Это было связано с тем, что наряду с относительно высокой ценой на приобретение лицензии по его использованию и достаточно высокими затратами на подготовку квалифицированных пользователей оно относится к разряду “высоких технологий”, на которые до недавнего времени существовало ограничение на продажу в Россию. Однако в отличие от стран Западной Европы и Америки, в России широкого использования подобного программного обеспечения не произошло. Вероятно это связано с уровнем подготовки инженерных кадров, так как для успешного применения подобных программных оболочек необходимо наличие на предприятии высококвалифицированных специалистов-технологов, имеющих соответствующую теоретическую подготовку и опыт работы с подобными программными продуктами. Так, например, каждый университет США, производящий подготовку инженерно-технических кадров, обязательно использует в учебном процессе подобное программное обеспечение. Данные программные оболочки очень чувствительны к вводу исходной информации. Часто даже последовательность ввода делает неработающей практически готовое задание.
Существуют две группы программных оболочек: off-line и on-line. Первая группа off-line оболочек (не взаимодействующих непосредственно с технологическим процессом) может использоваться в инженерно-технических отделах компаний и в отделах оперативного планирования. Они позволяют проектировать новое производство, помогают устранять узкие места в технологической цепочке, моделируют отдельные установки или весь завод, позволяют моделировать реконструкцию действующих установок для оценки возможностей перехода от существующей технологии к перспективной. В целях оптимизации производства или анализа существующих проблем и аварийных ситуаций, эти системы помогают оценивать экономические аспекты производства, планировать ресурсы, продукцию и график работ. Вторая группа on-line оболочек работает непосредственно в технологической схеме производства в режиме реального времени. При его функционировании непрерывно собирается информация от системы посредством датчиков и контроллеров, далее эта информация обрабатывается и предоставляется операторам, технологам и менеджерам в требуемой для них форме с соответствующим интерфейсом. На основе полученной информации и по заложенным математическим моделям процессов соответствующие модули вычисляют оптимальные значения управляющих параметров, выставляют требуемые значения на внешние устройства и отслеживают реакцию процесса. Поэтому производство работает в оптимальном режиме, минимизируются затраты энергии и материалов, повышаются качество и выход готовой продукции. Однако для установки on-line продуктов необходимо иметь работающую систему распределенного контроля и управления нижнего уровня (датчики, контроллеры, оборудование с автоматическим управлением) и адекватные модели основных технологических процессов и систем (цеха, завода) в целом.
Основываясь на сказанном выше, с целью повышения уровня подготовки студентов-технологов, на кафедре кибернетики химико-технологических процессов, факультета высоких энергосберегающих и информационных технологий Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева стали использовать программную оболочку Design-II для Windows (off-line типа), для обучения. При этом используются полные версии с ограниченным сроком их действия, свободно распространяемые WinSim Inc через Интернет. Так 25.08.2006 на их сайт www.winsim.com выложена версия 9.34.
Рис. 2. Некоторые зарубежные системы автоматизированного проектирования (САПР) ХТС.
Рис 3. Типичная функциональная структура систем автоматизированного проектирования объектов химической технологии
1. ОПИСАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
DESIGN-II для WINDOWS
Как было сказано выше, в настоящее время в мире существует относительно небольшой выбор конкурентоспособных программных оболочек для уточненного моделирования стационарных и динамических химико-технологических систем. Основные принципы функционирования оболочек едины и достаточно хорошо описаны в отечественной литературе. Основная причина подобия программных оболочек показана на рис.2.
Как видно, большинство наиболее распространенных в настоящее время программных оболочек произошло от САПРов MicroChess и FlowTran, которые были основаны на единых теоретических основах синтеза, анализа, расчета и оптимизации ХТС. Вероятно, именно этим можно объяснить единую функциональную структуру указанных оболочек
На рисунке 3 видно, что основой программной оболочки является функциональное ядро системы, которое непосредственно производит расчеты материальных и тепловых балансов, обменивается данными с базами данных, производит ввод/вывод и т.п. Необходимой частью системы являются заполненные фирмой-изготовителем базы данных по чистым веществам (вязкость, плотность, теплоемкость, теплопроводность и т.п.) и по процессам (уточненные модели реакторов, смесителей, делителей, колонн ректификации, теплообменников и т.д.). Системой также предусматривается возможность пользователя расширять базы данных по веществам и по процессам, формируя временные базы данных пользователя. Таким образом, при единых основах и единой функциональной структуре программные оболочки могут отличаться друг от друга лишь различным набором баз данных по веществам и по процессам, качеством интерфейса и возможностями ядра системы.
Особенность программной оболочки Design-II для Windows соответствует названию оболочки: "Design" – проектирование, конструирование. На самом деле, наряду с возможностями производить моделирование и оптимизацию сложных химико-технологических систем эта программная оболочка позволяет одновременно производить проектный расчет параметров основного технологического оборудования и имеет возможности, отсутствующие у других программных оболочек:
К указанному следует добавить то, что Design-II предназначен для использования небольшими инженерными компаниями, поэтому цена его лицензии гораздо меньше, чем у других программных оболочек. Это достигается за счет использования более простого интерфейса пользователя и никак не влияет на функциональные возможности системы, что делает его особо привлекательным для использования в России.
Рассмотрим основные правила пользования программной оболочкой Design-II для Windows на примере расчета водогрейного котла с подогревателем входящего воздуха, которого можно декомпозировать на следующие составляющие: два теплообменника, смеситель и реактор (последний для описания процесса горения метана).
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАНИЯ И ЕГО РАСЧЕТ.
1. Запуск оболочки DESIGN-II для Windows
Запустим DESIGN-II, как обычно запускаются программные приложения, через нажатие кнопки "Пуск" (в левом нижнем углу экрана), выбора пункта "Программы", папки "DESIGN-II", и самой программы или дважды быстро нажать на левую кнопку "мышки" поместив указатель на иконку Design II на рабочем столе.
В процессе запуска DESIGN-II на экране монитора появятся предупреждающие надписи и если срок действия лицензии не истек появится изображение рабочего листа, которое желательно развернуть на весь экран (См. рис. 4).
Рис. 4. Вид рабочего листа.
2. Создание нового документа
Для создания нового документа нажать кнопку и выбрать размер рабочего листа (форматы: А4, А3, А2, А1 или А0) и его ориентацию на экране. Формат А0 позволяет расположить на листе до 200 модулей оборудования.
Рис. 5. Задание размеров рабочего листа.
3. Расположение образов оборудования на рабочем листе
Нажать на кнопку "Оборудование" или опцию "Equipment", выбрать необходимое оборудование из списка и расположить его на рабочем листе (см. рис. 6).
Рис. 6. Размещение оборудования.
4. Присоединение к образам оборудования технологических потоков и обозначение их направления
Выбрать пункты "Show Snap Points" и "Auto-routing" в разделе меню "Options".
Нажать кнопку "Потоки" и соединить ими оборудование на рабочем листе.
Нажать кнопку "Стрелки" и обозначить ими направление каждого потока.
Рис. 7. Соединение оборудования потоками.
5. Выбор системы измерений
Выбрать пункт "Preferences" в разделе меню "Specify".
В разделе "Units" выбрать систему СИ "SI System".
Рис. 8. Окно выбора системы измерений.
Для более детального выбора единиц измерения можно нажать "Override specific units…" в поле Units и изменить единицы измерения.
Рис. 9. Окно выбора единиц системы измерений СИ.
6. Выбор веществ и параметров входных потоков
Выбрать инструмент "Поток", выбрать входной поток 1, и дважды щелкнуть левой кнопкой "мышки".
В окне Required Specifications потока 1 нажать кнопку "Basic Conditions".
В окне Stream Conditions потока 1 нажать кнопку "Components…".
В окне Component Selection включить сортировку по формуле "Formula" и выбрать все использующиеся вещества (выбор осуществлять кнопкой Add).
Рис. 10. Выбор веществ, входящих в потоки
Задать исходные параметры потока 1 в окне Stream Conditions (при необходимости можно воспользоваться конструктором единиц измерения - ).
Рис. 11. Задание параметров потоков
Аналогичным образом необходимо задать параметры входных потоков 2 и 8.
7. Определение термодинамических методов расчета свойств
Выбрать опцию Basic Termo… в пункте Specify меню.
Установить необходимые термодинамические методы для расчета свойств системы (рекомендуется Peng-Robinson). При наличии потоков чистой воды или пара необходимо включить паровые таблицы "Use the NBS/NRC Steam Tables for all pure water streams".
Рис. 12. Задание термодинамических методов расчета
8. Определение спецификации использующегося оборудования
Выбрать опцию Оборудование, навести перекрестие на каждое изображение оборудования на рабочем листе и дважды нажать левую кнопку "мышки".
Выбрать опцию Basic… - для определения основных параметров.
Для Реактора необходимо ввести стехиометрические коэффициенты, выбрать ключевой компонент, определить степень превращения по ключевому компоненту, определить тип реактора.
Рис. 13. Задание параметров реактора
Для Теплообменников необходимо определить условия по межтрубному пространству, коэффициент теплопередачи, а так же площадь теплопередачи и число ходов по трубам и межтрубному пространству (кнопка "Geometry").
Рис. 14. Задание параметров теплообменников
9. Определение методов сходимости решения при расчете рециклов
Выбрать опцию Recycle… в пункте Specify меню.
Задать максимальное количество итераций, точность расчета рецикла, и, при необходимости, выбрать рециркуляционный поток (Recycle Streams).
Определить метод сходимости решения при расчете рецикла (можно выбрать метод "Wegstein" - комбинация метода простых итераций и секущих).
Рис. 15. Определение метода сходимости при расчете рецикла.
10. Сохранение рабочего листа на диске и расчет ХТС
Выбрать опцию Save в пункте File меню для сохранения созданного рабочего листа на диске в файле (например BOILER.PSD).
Рис. 16. Сохранение рабочего листа на диске и проведение расчета ХТС.
11.Вывод значений потоков на рабочий лист
Выбрать пункт Import Stream Data… в пункте Simulate меню.
Выбрать вариант отображения потоков: "Все потоки", "Потоки по выбору".
Ограничить количество отображаемых на рабочем листе параметров потока (нажать кнопку Stream Box Details… и произвести выбор, отметив необходимые параметры "галочкой").
Рис. 17. Выбор потоков для вывода на рабочий лист.
Рис. 18. Определение значений параметров потоков для вывода.
При необходимости изменить единицы измерения выводимых на экран параметров потоков: температуры, давления, времени и т.д. Для этого выбрать пункт Print Options… в пункте Specify меню, выбрать систему измерений Units System или для детального выбора нажать кнопку Override specific units…. (Если произведено изменение единиц измерений, то необходимо еще раз произвести расчет).
ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ DESIGN-II для Windows
Термодинамический анализ
Модуль равновесного реактора (Equil Reactor) предназначен для расчета "глобального" термодинамического равновесия в системе одновременно с материальным и тепловым балансами. Однако, так как "глобальное" термодинамическое равновесие считается только для набора выбранных компонентов, то, ограничив этот набор, можно ограничить расчет, а добавив дополнительные вещества, определить термодинамическую вероятность их образования при указанных условиях процесса и составе смеси.
Для того, чтобы модуль равновесного реактора мог работать, необходимо заполнить его шаблон, нажав кнопку "Keyword Input", а затем "Load Template". Если реактор изотермический, то загруженный шаблон можно не изменять вообще (шаблон будет состоять из одних комментариев), т.к. "по умолчанию" рассчитывается изотермический реактор. Если реактор адиабатический, то необходимо убрать "С-*" перед командой "ADIabatic" (активизация команды)
|
Изотермический реактор |
Адиабатический реактор |
|
C-* Reactor Type C-* default is ISOthermal C-* ADIabatic |
C-* Reactor Type C-* default is ISOthermal ADIabatic |
Если ID компонента в базе данных выше 98, то необходимо ввести стандартную энтальпию и энтропию образования (при 298К), которые отсутствуют в базе данных Design-II. Для этого необходимо выбрать в главном меню "Specify => Component Data => Reaction Properties". Энтальпия образования может быть введена в: Кал/моль, Дж/моль, Btu/lb-mol; Энтропия образования может быть введена в: Кал/(моль*К), Дж/(моль*К), Btu/(lb-mol*R).
При использовании справочных данных следует учесть, что стандартную энтальпию образования можно использовать из справочников без пересчетов, однако энтропию образования необходимо пересчитывать, т.к. в Design-II используется другая точка отсчета. Так, S0298 для N2, H2 и других газовых элементов имеет значение "0". Пересчет данных из отечественных справочников можно сделать по формуле:
, которая выводится из
Обратите внимание, что обычно G0298 численно меньше Н0298, и оба значения – отрицательные, поэтому S0298 будет иметь отрицательный знак.
Краткое описание правил работы с модулями теплообменников
Для расчетов лабораторных работ полезно использовать два типа модулей: Exchgr-1 (можно работать с одним и двумя потоками) и Exchgr-2 (необходимы два потока), которые позволяют моделировать противоточные теплообменники. Выбор того или иного типа теплообменника и его функций зависит лишь от количества исходных данных. При изображении схемы следует учесть, что для модуля Exchgr-2 – холодный поток обязательно должен подводиться к ломаной линии в кружке (трубное пространство), а горячий - к пустому месту в кружке (межтрубное пространству)
Для определения спецификации теплообменника, необходимо навести перекрестие курсора на имидж, и зайти в модуль, а далее нажать на кнопку Basic. Спецификации у обоих типов теплообменников одинаковые, отличие заключается лишь в том,что в Exchgr-2 задается спецификация не для теплообменника а для межтрубного пространства.
Возможны следующие спецификации:
Temp Out – необходимо задать температуру потока на выходе;
Duty – тепловая нагрузка. Q>0 – теплота к потоку добавляется (нагрев), Q<0 – охлаждение. Доступен конструктор единиц измерения;
UA Exchanger – расчет теплообменника при известном коэффициенте теплопередачи (Overall U в kJ/sm2K или КДж/секм2К) и площади теплопередачи (A, "Area"). Для определения площади теплопередачи и количества ходов по трубному и межтрубному пространствам, необходимо нажать кнопку Geometry… Количество ходов по трубному пучку для многоходового теплообменника (Tube Passes) может быть равно 1, 2, 4 или 8. Количество ходов по межтрубному пространству или количество последовательных корпусов теплообменников (Shell Passes) может быть равно 1, 2 или 4;
Temp Approach – абсолютная разность температур между первым выходным потоком и вторым входящим потоком (должно быть более 2О);
Delta Temp – разность температур между входным и выходным потоком для межтрубного пространства: ">0" - нагрев, "<0" – охлаждение;
Temp Out Bubble Pt. – на выходе межтрубного пространства температура равна температуре кипения;
Temp Out Dew Pt. – на выходе межтрубного пространства температура равна температуре конденсации (точки росы).
Результаты (расчетную площадь, тепловую нагрузку, движущую силу, др.) можно посмотреть, нажав кнопку "View Results" (из модуля теплообменника или под MS Excel).
Использование базы данных Design-II в качестве справочника
Для получения доступа к базе данных программной оболочки необходимо выполнить ШАГ 1. После запуска программы необходимо активизировать утилиту, обслуживающую базу данных ChemTran. Для этого необходимо выбрать в главном меню пункты: "Simulate => Use CHEMTRAN".
После запуска утилиты ChemTran далее необходимо:
Пример написания программы для просмотра свойств воды (ID 62).
|
AB123 * H2O PROPERTIES VIEW COMP = 62 SI UNI OUT C- MET UNI OUT TEM UNI OUT = C C- PRE UNI OUT = MMHG TAB P-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB L-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB CP-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB VIS-T(C, LIQ) 62 = -50, 500, 50 TAB VIS-T(C, VAP) 62 = -50, 500, 50 TAB THE CONT-T(C, LIQ) 62 = -50, 500, 50 TAB THE CONT-T(C, VAP) 62 = -50, 500, 50 TAB V-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB SUR TEN-T(C) 62 = -50, 500, 50 PRINT PROPERTIES END |
Обязательный текст для начала задачи Обязательный комментарий после "* " № компонента (если их больше одного, то список через запятую: СОМР = 62, 63, 64) Переключение результатов расчета в систему СИ (активен) или в Метрическую систему (неактивен) Переключение температуры при выводе в 0С (активен) …давления при выводе в мм.рт.ст (неактивен) (Внимание: по умолчанию используется американская система измерений: Фунт-Фут-Фаренгейт-Btu) Давление насыщенного пара от –500С до +5000С, шаг 500 Теплота испарения Теплоемкость идеального газа Вязкость жидкости Вязкость газа Теплопроводность жидкости Теплопроводность пара Удельный объем Поверхностное натяжение Команда вывода указанных свойств в файл в виде таблиц в соответствующих единицах измерения Конец текста программы |
Использование веществ, отсутствующих в базе данных и
приблизительная оценка свойств веществ по их структуре.
База данных DESIGN-II по веществам включает данные по 880 чистым веществам. Однако, если необходимо проводить расчеты с веществами, отсутствующими в базе данных, то существует возможность создания базы данных пользователя. Эта база данных пользователя может содержать до 50 веществ (ID 200-250), которые при использовании в расчетах могут существовать в газовой и жидкой фазах и 10 твердых компонентов (ID 300-310).
Для создания базы данных пользователя необходимо для каждого вещества найти в справочной литературе следующие данные:
молекулярный вес, температуру кипения при Р=1 атм, критическую температуру, критическое давление, критический объем, критический параметр сжимаемости, дипольный момент, параметр ассоциации и т.д.;
температурные зависимости давления насыщенного пара, теплоты парообразования, изобарной теплоемкости, теплопроводности газа и жидкости, вязкости газа и жидкости, поверхностное натяжение.
Далее, с помощью утилиты ChemTran из этих параметров необходимо будет сформировать файл базы данных и подключить его к основной базе данных.
Однако, чтобы найти все указанные параметры в справочной литературе, может потребоваться очень большое количество времени. Поэтому в DESIGN-II предусмотрена возможность предварительной оценки всех необходимых для расчетов параметров по структуре вещества. В дальнейшем, данные рассчитанные по структуре, могут быть в любой момент заменены справочными данными.
Обозначение атомов
Бор-B; Бром-BR; Углерод-C; Хлор-CL; Фтор-F; Йод-I; Азот-N; Кислород-O;
Кремний-SI; Сера-S
Программа может оценить свойства по структуре для веществ, имеющих до 9 групп атомов, соединенных одинарными (""), двойными ("") или тройными ("*")связями.
Например, структура фреона R-123 (С2НCl2F3) (а) может быть промаркирована по атомам (б): а) б)
Следует обратить внимание на то, что атом водорода не маркируется, т.к. программа сама считает количество атомов водорода по валентности. Таким образом, указанную структуру можно описать по правилам ChemTran следующим образом: C1-F2, C1-F3, C1-F4, C1-C5, C5-CL6, C5-CL7.
Ниже приведен пример программы в командах ChemTran, позволяющей рассчитать свойства фреона R-123 по его структуре и вывести их в файл.
|
AB123 * R-123 PROPERTIES CALC AND VIEW COMP = 200 NAM 200 = R123 STRU 200 = C1-F2, C1-F3, C1-F4, C1-C5, C5-CL6, C5-CL7 SI UNI OUT TEM UNI OUT = C TAB P-T(C) 200 = -50, 500, 50 TAB L-T(C) 200 = -50, 500, 50 TAB CP-T(C) 200 = -50, 500, 50 TAB VIS-T(C, LIQ) 200 = -50, 500, 50 TAB VIS-T(C, VAP) 200 = -50, 500, 50 TAB THE CONT-T(C, LIQ) 200 = -50, 500, 50 TAB THE CONT-T(C, VAP) 200 = -50, 500, 50 TAB V-T(C) 200 = -50, 500, 50 TAB SUR TEN-T(C) 200 = -50, 500, 50 PRINT PROPERTIES END |
Обязательный текст для начала задачи Обязательный комментарий после "* " № компонента базы данных пользователя Название компонента ID 200: "R123" Команда указания структуры компонента Переключение результатов расчета в систему СИ Переключение температуры при выводе в 0С Вывод в виде таблиц Давление насыщенного пара Теплота испарения Теплоемкость идеального газа Вязкость жидкости Вязкость газа Теплопроводность жидкости Теплопроводность пара Удельный объем Поверхностное натяжение Команда вывода указанных свойств в файл Конец текста программы |
Этот пример только выводит результаты расчета в файл, но не формирует файл базы данных пользователя. Рассмотрим пример формирования файла базы данных пользователя и подключения его к базе данных оболочки.
Например, на ректификацию при производстве фреона R-122 подается смесь, содержащая: C2Cl4, HF, HCl и фреоны R-121, R-122, R-123. Из указанных компонентов в базу данных DESIGN-II включены: C2Cl4 (ID3058), HF (ID1113), HCl (ID1017), R-123 (ID1205), но R-121 и R-122 отсутствуют.
Ниже приведен пример программы в командах ChemTran, позволяющей рассчитать свойства фреонов R-121 и R-122 по их структуре, частично заполнить свойства этих компонентов справочными данными, вывести результат расчета в файл базы данных пользователя.
|
AB123 * R-121 AND R-122 ADDITION COMP = 200, 201 NAM 200 = R121 NAM 201 = R122 STRU 200 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-CL6, C4-F7 STRU 201 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-F6, C4-F7 TB(K) 200=389.75 TB(K) 201=345.0 TC(K) 201=519.15 PC(ATM) 201=36.52 VC(CM3/GMOL) 201=310.46 FILE NEW=ADD2,FRES,DATA PRINT PROPERTIES END |
Обязательный текст для начала задачи Обязательный комментарий после "* " №№ новых компонентов Название компонента ID 200: "R121" Название компонента ID 201: "R122" Команда указания структуры компонента ID200 Команда указания структуры компонента ID201 T кипения компонента 200 из справочника T кипения компонента 201 из справочника Критическая температура из справочника Критическое давление из справочника Критический объем из справочника Указание имени файла базы данных пользователя: ADD2FRES.DAT Активизация указанных выше режимов Конец программы |
После выполнения этой программы на диске будет сформирован файл базы данных пользователя ADD2FRES.DAT. Для подключения этого файла к базе данных DESIGN-II необходимо:
выбрать из базы данных компоненты: C2Cl4 (ID3058), HF (ID1113), HCl (ID1017), R-123 (ID1205), Chem-200 (ID200) , Chem-201 (ID201);
указать имя файла базы данных пользователя путем выбора Advanced Thermo… в пункте Specify основного меню и ввода имени базы данных:
После запуска программы свойства компонентов Chem-200 и Chem-201 будут заполнены из файла ADD2FRES.DAT.
Описание операторов моделирующих технологическое
оборудование.
Создание ХТС с технологическими операторами, не связанными с химическими превращениями и паро-жидкостным равновесием (смеситель, делитель, теплообменники, насос, компрессор, турбина, задвижка, трубопровод)
Смеситель (Mixer):
Если потоки имеют различное давление, то после смешения поток с большим давлением адиабатически расширяется до нижнего давления. Количество входящих потоков не ограничено.
Делитель (Divider):
Делитель может делить один поток на два потока.
При использовании делителя на 2 потока необходимо задать либо расход: «Flow Rate» выходящего потока либо его долю «Flow Fraction» от 0 до 1.
При делении потока на от 2 до 6 потоков необходимо использовать “Generic1” и задавать командами.
Насос (Pump):
Насос предназначен для моделирования перекачки потоков. Количество входных потоков может быть более 1, но выходной один. В этом случае автоматически реализуется функция смесителя. После смешения, количество паровой фазы на входе и выходе не может быть более 0,9.
Обычно необходимо задать давление на выходе. Однако, можно задать на выходе точку кипения или конденсации, но в таком случае необходимо ввести температуру потока, а давление будет рассчитано автоматически.
Volumetric – для поршневых и плунжерных помп, Isentropic – для центробежных.
Двигатель насоса: Электрический, Топливный газ или Паровой (газовая или паровая турбина). Для первого и второго задается только мощность двигателя, а для парового – мощность и энтальпия пара на входе и выходе. Если мощности не хватает, то давление на выходе считается исходя из располагаемой мощности.
Компрессор (Compressor):
Компрессор сжимает газовую фазу до указанного давления, однако в соотсвествии с указанной мощностью двигателя. Законы сжатия: Адиабатический и Политропический (коэфициент политропы либо считается программой либо задается).
Обычно необходимо задать давление на выходе. Однако, можно задать на выходе точку кипения или конденсации, но в таком случае нобходимо ввести температуру потока, а давление будет рассчитано автоматически.
На входе, количество паровой фазы должно быть более, чем 0,9. Количество потоков – не ограничено. Количество выходных потоков: 1 или 2. Если выходных потока 2, то один из потоков – газ, а второй – жидкость.
Возможно применение многоступенчатого компрессора (не более 10)
В этом случае необходимо задать давления или соотношения давлений на каждой ступени и температуры на входе после межступенчатого охлаждения.
Турбина (Expander):
Используется для получения количества работы, которое может быть совершено газовым, жидким или двухфазным потоком при сбросе давления в адиабатном процессе. Эта работа может использоваться в компрессоре для привода через контроллер (Controller).
Создание ХТС с технологическими операторами, не связанными с химическими превращениями и паро-жидкостным равновесием (смеситель, делитель, теплообменники, насос, компрессор, турбина, задвижка, трубопровод)
Предназначен для расчета адиабатического сброса давления потока либо до Р конечного (Pressure Out), либо на некоторый перепад давления (Pressure Drop). Существуют 4 вида.
Поток может быть однофазным или двухфазным. Количество входящих потоков не ограничено. Если потоки имеют различное давление, то поток с большим давлением адиабатически расширится до нижнего давления (функция смесителя), и только затем происходит сброс давления в модуле.
Выходных потоков может быть от 1 (для всех типов) до 3 (для Valve-1 – Valve-3 типов).
Если выходных потоков 2, то один поток – ГАЗ, а другой – ЖИДКОСТЬ.
Если выходных потоков 3, то один поток – ГАЗ, другой – ВОДА, третий - УГЛЕВОДОРОДЫ (в этом случае необходимо задавать термодинамическую функцию, роторая может считать термодинамическое равновесие в Г-Ж-Ж системе).
Используя процедуры из Keyword Input возможно произвести детальный расчет размеров сосуда (горизонтального или вертикального) для типов Valve-1 – Valve-3.
Теплообменник (Heat Exchanger или Exchgr-1 и Exchgr-2):
Для Exchgr-2 – горячий поток: 1 и 2, а холодный – 3 и 4.
Допустимые функции и типы модулей теплообменников:
Изменение температуры одного потока
Противоточный теплообменник
Воздушное охлаждение потока
Водяное охлаждение потока
Охлаждение хладоагентами
Выбор того или иного типа теплообменника и его функций зависит от того, сколько имеется исходных данных.
Причем Exchgr-1 и Air Cooler практически одинаковые по опциям. Рассмотрим их более подробно:
Возможные спецификации процессов над потоком в теплообменнике:
Temp Out – необходимо задать температуру потока на выходе;
Duty – тепловая нагрузка. Q>0 – теплота к потоку добавляется (нагрев), Q<0 – теплота потока убывает (охлаждение). Доступен конструктор единиц измерения.
UA Exchanger – расчет теплообменника при известном коэффициенте теплопередачи (Overall U) и площади теплопередачи (A).
Для этой опции в теплообменнике с одним потоком необходимо задать значение Overall U (в СИ это kJ/s*m2*K или КДж/сек*м2*К или КВт/м2*К), значение площади теплопедедачи:
Количество проходов по трубному пучку (1, 2, 4 или 8) – многоходовой теплообменник; и межтрубному пространству (1, 2 или 4) – количество корпусов, соединенных последовательно. (Эти опции могут быть изменены в очень широких интервалах с помощью команд).
Необходимо также задать противоположную среду: None, Water, Air; и для воды и воздуха их начальную и конечную температуру.
Temp Approach – приближение температур, должно быть более 2-х градусов. Это абсолютная разность температур между первым выходным потоком и вторым входящим потоком (т.е. на конце теплообменника в зависимости от номеров потоков)
Delta Temp – разность температур между входным и выходным потоками. "+" - нагрев, "-" – охлаждение.
Temp Out Bubble Pt. – на выходе температура кипения
Temp Out Dew Pt. – на выходе температура насыщения
Кроме этого можно задать гидравлическое сопротивление теплообменника (Pressure drop) и единицы его измерения.
При выборе теплообменника типа Exchgr-2 выбор опций аналогичный. Однако гидравлическое сопротивление возможно задавать по трубному и межтрубному (Shell side) пространству.
Если необходимо рассчитать количество хладагента, т.е. поток в трубное пространство неизвестен (поток 3), то можно в опции Refrigerant указать какой компонент из присутствующих в системе будет хладагентом и указать его температуру или давление.
В этом случае будет рассчитан расход и давление подаваемого вещества в жидком виде на входе из расчета, что весь поток хладагента на выходе – испарится. Если температура не будет соответствовать требуемой, то расчет будет вестись исходя из доступных параметров. Поток хладагента подается в трубное пространство.
В модулях теплообменников возможна достаточно широкая настройка режимов и параметров с помощью команд из под Keyword Input.
После определения каких либо опций желательно нажать кнопку "Validate" для проверки: А все-ли параметры заданы ?
После проведения расчетов можно просмотреть результаты расчета теплообменника (расчетную площадь, тепловую нагрузку, среднюю движущую силу, др.), нажав кнопку "View Results".
Трубопровод (Line):
Этот модуль вычисляет перепад давления на линиях трубопроводов или системы трубопроводов. Модуль может иметь один или большее количество входных потоков и один выходной поток. Он может быть соединен с другими модулями оборудования для моделирования полнойй линии трубопровода. Поток, входящий в модуль может быть газовый, жидкий или двухфазный (учитывается даже возможность образования жидких пробок при течении двухфазного потока). Вычисления могут быть изотермические, адиабатические, или основаны на теплопередаче к окружающей среде, несколько методов вычисления которой могут быть выбраны пользователем. Один модуль может рассчитать сложную линию с подъемами, спусками и горизонтальными участками различной длины. Возможна передача параметров через модуль регулятора в компрессор или насос для компенсации перепада давления.
Basic: Можно выбрать стандантный трубопровод заданного диаметра (в дюймах) и с конкретным типом стенки: STD – стандартная, XS – усиленная (Extra Strong), XXS – дважды усиленная (Double Extra Strong). Однако можно выбрать внутренний диаметр и толщину стенки трубы самостоятельно:
Layout: В этой секции необходимо указать ориентацию трубопровода и его длину:
Линия трубопровода может быть: - горизонтальная, - вертикальная с восходящим потоком, - вертикальная с нисходящим потоком. Длина трубопровода должна исключать длину стыков и присоединений.
При выборе режима "Elevation Profile":
Возможен выбор трех режимов: - нет повышений или понижений трубопровода; - абсолютное значения подъема или спуска некоторого участка трубопровода от начала (начало – "0"), т.е. глубина его залегания; - относитеьное значение подъема или спуска трубопровода на участках (начало каждого участка – "0"). В третьем случае (относительный подъем) "+" – подъем, "-" – спуск.
Кроме профиля подъема или спуска возможно задать режим как изотермического (по умолчанию), так и для неизотермического потока.
Можно также определить коэффициент теплопередачи по длине трубы или задать необходимые параметры для рачета коэффициента теплопередачи по длине трубы.
Рассмотрим вариант задания коэффициента теплопередачи: "Specified U"
В этом случае необходимо задать температуру окружающей среды по длине магистрали, т.е. температура может быть различной по длине трубы, а также коэффициент теплопередачи по длине трубы в соответствующих единицах.
При выборе варианта расчета коэффициента теплопередачи: "Calculated U" необходимо задать температуру окружающей среды, а также, параметры трубы, теплоизоляции и параметров окружающей среды.
Температура окружающей среды задается по длине магистрали.
При открытии окна задания параметров трубы и теплоизоляции, необходимо выбрать то, что является окружающей средой: воздух, вода или почва. После выбора воздуха или воды необходимо задать теплопроводность окружающей среды и скорость ее движения по длине трубы. При выборе почвы – необходимо задать теплопроводность окружающей среды и глубину залегания трубы в земле.
В разделе материала трубы, необходимо выбрать конструкционный материал трубы, а также количество слоев теплоизоляции, ее толщину по длине трубы и теплопроводность изоляции.
Технологические операторы, расчитывающие химические превращения в системе (стехиометрический реактор, равновесный термодинамический реактор, РИС, РИВ, использование модуля пользователя)
Стехиометрический реактор (Reactor): Предназначен для расчета материального и теплового баланса одной реакции путем задания стехиометрических коэффициентов. Количество входных потоков – 1.
При вводе стехиометрических коэффициентов, реагенты имеют знак "-", а продукты с "+". Кроме того, необходимо выбрать ключевой компонент и задать степень превращения по этому компоненту либо в долях "fraction" либо в процентах "percent".
Необходимо также выбрать тип реактора:
Адиабатический
Изотермический
Температура на выходе из реактора
Реактор с обогревом или охлаждением, т.е. с дополнительной теплопередачей (адиабатический реактор с добавлением теплоты "+" или с охлаждением "-")
Следует обратить внимание: что данный тип реактора является "черным ящиком", т.е. он позволяет считать любые реакции, включая термодинамически невозможные и не уравненные по коэффициентам. Если тепловой баланс не сходится, то программа только сообщает об этом, но расчет продолжается. Единственное ограничение – если концентрация компонента =0, то далее реакция не идет.
Более точную настройку возможно сделать с помощью: "Reactor Conitions".
Здесь можно задать:
тепловой эффект реакции (имеет приоритет над расчетным и необходима для компонентов с номером более 99)
Для расчета адиабатического реактора с компонентами, имеющими порядковый номер в базе данных Design-II более 98, необходимо ввести стандартную энтальпию образования вещества (при 298К), которая необходима для расчета теплового эффекта.
перепад давления в реакторе
предпологаемую температуру на выходе (не обязателен, т.к. нужен для ускорения расчетов)
Используя "Keyword Input" возможно использовать этот реактор для расчета специфических процессов как равновесный реактор. Следует учесть, что "Keyword Input" имеет приоритет выше, чем режим оконного диалога (необходимо только, чтобы все необходимые окна были заполнены).
Специфические процессы:
"COSHIFt reaction" – паровая конверсия СО
"METHANation reaction" – метанирование СО и СО2 в производстве аммиака
"SECondary REFormer" – вторичная или паровоздушная конверсия углеводородов в производстве аммиака
"STEam REFormer" – первичный или паровой риформинг углеводородов
"METhanol SYNthesis reaction" – синтез метанола
"AMMonia SYNthesis reaction" – синтез аммиака
Для использования Keyword Input необходимо:
нажать эту кнопку
нажать кнопку Load Template для автозагрузки шаблона возможных команд для модуля
убрать "С-*" перед опциями шаблона, которые требуется заполнить данными
Пример заполнения шаблона для реактора:
C-* Required Reactor Specification (One is required, Adiabatic is default)
C-*
ADIabatic
C-* ISOthermal
C-* TEMperature OUT (T units) =
C-*
C-* Specific Reaction Type Commands
C-*
C-* COSHIFt reaction
C-* METHANation reaction
C-* SECondary REFormer
STEam REFormer
C-* METhanol SYNthesis reaction
C-* AMMonia SYNthesis reaction
………
Таким образом, будет считаться "Адиабатический" реактор "Парового риформинга" углеводородов.
Опции других типов реакторов: равновесного, РИВ и РИС доступны из-под Design-II только путем заполнения соответствующих шаблонов. Разберем различные типы реакторов подробнее.
|
Изотермический реактор |
Адиабатический реактор |
|
C-* Reactor Type C-* C-* default is ISOthermal C-* ADIabatic……. |
……C-* Reactor Type C-* C-*default is ISOthermal ADIabatic……. |
Пример заполнения шаблона реактора (стр.39).
Равновесный реактор (Equil Reactor):
Предназначен для расчета глобального термодинамического равновесия в системе одновременно с материальным и тепловым балансами. Количество входных потоков – 1.
Однако, так как "глобальное" термодинамическое равновесие считается только для набора выбранных компонентов, поэтому, ограничив этот набор можно органичить расчет или добавив дополнительные вещества можно определить термодинамическую вероятность их образования.
Например, показано, что при конверсии метана возможно образования аммиака и небольшого количества метанола.
Для того, чтобы модуль равновесного реактора мог работать, необходимо заполнить шаблон:
Для использования Keyword Input необходимо:
нажать эту кнопку
нажать кнопку Load Template для автозагрузки шаблона возможных команд для модуля
убрать "С-*" перед опциями шаблона, которые требуется заполнить данными
Внимание: если ID компонента в базе данных выше 98, то необходимо ввести энтальпию и энтропию образования при 298К, которые отсутствуют в базе данных: "Specify -> Component Data -> Reaction Properties". Энтальпия образования может быть в: Кал/моль, Дж/моль, Btu/lb-mol; Энтропия образования: Кал/(моль*К), Дж/(моль*К), Btu/(lb-mol*R). Коме того, в Design-II для энтропии образования используется другая точка отсчета: на 0К, поэтому S0298 для N2, H2 и т.д. имеет значение "0" как Н0 и G0. Пересчет данных из наших справочников можно сделать по следующей формуле:
, которая выводится из
Следует обратить внимание, что для большинства компонентов G0 численно меньше Н0, и оба значения – отрицательные, поэтому S0 будет также иметь отрицательный знак.
Пример заполнения шаблона равновесного реактора:
Если реактор изотермический, то загруженный шаблон можно не изменять вообще (он будет состоять из одних комментариев), т.к. "по-умолчанию" рассчитывается изотермический реактор. Если реактор адиабатческий, то необходимо убрать "С-*" перед командой "ADIabatic", что активизирует эту команду (см.стр. 38).
Меню под Windows отсутствует, поэтому необходимо заполнить шаблон:
|
C-* Major Specifications C-* DIAmeter (L units) = C-* LENgth (L units) = С-* Reactor Type Specification C-* C-* TYPe = C-* ISOthermal C-* TEMperature PROfile C-* ADIabatic C-* COCurrent C-* C-* Temperature Profile Reactor Commands C-* C-* TEMperature PROfile (T units) = p1,T1, . . .,pn,Tn C-* C-* Adiabatic Reactor Commands C-* C-* HEAt added (H units/t units) = C-* C-* Cocurrent Reactor Specifications C-* C-* COOlant STReam = i C-* COOlant PREssure DROp (P units) = C-* TEMperature APProach (T units) = C-* U (U units) = C-* C-* Reaction Stoichiometry Commands C-* C-* R i = (a1* r1 + a2* r2 + ... = b1* p1 + b2* p2* + ...) C-* C-* Reaction Kinetics Commands C-* C-* ORDer of reaction r1 = i1, Or1, i2, Or2 . . . C-* FREquency factor (L3 units,molar Q units,t units) C-* = r1, fi1, r2, fi2 . . . C-* ACTivation energy (H units/molar Q units) C-* = r1, Ei1, r2, Ei2 . . . C-* C-* or C-*F- DURING C-*F- RATe r1 = f (CONCi, TEM, PRE) C-* C-* Optional Commands C-* DELta pressure (P units) = |
Диаметр Длина Тип реактора Тип реактора: Изотермический Задается профиль температур по длине реактора Адиабатический С охлаждением Реактор с профилем температур Профиль температур: р1…рn – расстояние от начала в долях, 0-начало, 1-конец Т1…Тn – температура в этих точках Адиабатический реактор Добавочная теплота распределяется равномерно по длине реактора Реактор с охлаждением № охлаждающего потока Р охлаждающего потока Приближение температур на концах Коэффициент теплопередачи Описание реакций Ri – номер реакции; a1-a2, b1-b2 – стехиометрические коэффициенты; r1-r2 - №№ реагентов; p1-p2 - №№ продуктов. Команды для кинетики Порядок реакции по реагентам: № вещества – порядок R 6 = (1*22 + 1*65 = 1*28), С2Н4+С2Н2=С4Н6 ORDer 6 = 65,1,22,1, Предэкспоненциальный множитель (К0): № реакции – К0 FREquency (M3,KGMOL,SEC) = 2,8.75E8,1,4.65E13, 5,5.87E4,3,3.85E11, 4,9.81E8,6,1.03E12,7,7.08E13, Энергия активации: № реакции – ЕАКТ ACTivation energy (KCAL/KGMOL) = 6,41260, 5,7040, 1,65120, 7,60430, 3,65250, 2,32690, 4,36920, Можно написать на Фортране (Inline Fortran) DURING RATE1=1.674E17*EXP(-1.1722E5/(1.987*TEM))*CONC3 RATE2=5.0457E13*EXP(-5.8845E4/(1.987*TEM))*CONC22*CONC1 Гидравлическое сопротивление |
Реактор идеального смешения (CSTR или Continuous Stirred Tank Reactor): предназначен для расчета стационарных процессов. При расчете используется квази-ньютоновский метод расчета системы уравнений для РИС при известном объеме реактора, стехиометрических коэффициентах, параметров уравнения Аррениуса (К0 и энергии активации), порядков реакций по веществам или при известной (сложной) зависимости скорости химической реакции от концентрации, Tи P (r = f(CI, T, P)), которая задается в виде пр-мы на Фортране (Inline Fortran).
Меню под Windows отсутствует, поэтому необходимо заполнить шаблон:
|
C-* Major Specifications C-* C-* VOLume (L3 units) = C-* C-* Reactor Type Specification C-* C-* ISOthermal C-* TEMperature OUT (T units) = C-* ADIabatic C-* C-* Adiabatic Reactor Commands C-* C-* HEAt added (H units/t units) = C-* TEMperature OUT GUEss (T units) = C-* C-* Reaction Stoichiometry Commands C-* C-* R i = (a1*r1 + a2*r2 + ... = b1*p1 + b2*p2 + ....) C-* C-* Reaction Kinetics Commands C-* In the commands below, i refers to component id number C-* and r refers to reaction number C-* C-* ORDer of reaction ri = i1, Or1, i2, Or2 C-* FREquency factor (L units,molar Q units,t units) C-* = r1, fi1, r2, fi2 . . . C-* ACTivation energy (H units/molar Q units) C-* = r1, Ei1, r2, Ei2 . . . C-* C-* or C-* C-*F- DURING C-*F- RATe r1 = f (CONCi, TEM, PRE) |
Основная спецификация: Объем реактора Тип реактора: Изотермический Задана Т на выходее Адиабатный Комманды для адиабативного реактора Добавленная (отведенная) теплота Стехиометрия реакций Ri – номер реакции; a1-a2, b1-b2 – стехиометрические коэффициенты; r1-r2 - №№ реагентов; p1-p2 - №№ продуктов. Команды для кинетики Порядок реакции по реагентам: № вещества – порядок R 6 = (1*22 + 1*65 = 1*28), С2Н4 + С2Н2 = С4Н6 ORDer 6 = 65,1,22,1, Предэкспоненциальный множитель (К0): № реакции – К0 FREquency (M3,KGMOL,SEC) = 2,8.75E8,1,4.65E13, 5,5.87E4,3,3.85E11, 4,9.81E8,6,1.03E12,7,7.08E13, Энергия активации: № реакции – ЕАКТ ACTivation energy (KCAL/KGMOL) = 6,41260, 5,7040, 1,65120, 7,60430, 3,65250, 2,32690, 4,36920, Или можно написать на Фортране (Inline Fortran) DURING RATE1=1.674E17*EXP(-1.1722E5/(1.987*TEM))*CONC3 RATE2=5.0457E13*EXP(-5.8845E4/(1.987*TEM))*CONC22*CONC1 |
Как было показано выше, при работе с реакторами необходимо особое внимание обратить на работу с базой данных Design-II по компонентам, поэтому рассмотрим основные правила работы подробнее.
База данных по комонентам:
При создании любой ХТС, одим их необходимых шагов, является: определение всех компонентов, которые используются в конкретной ХТС. Вход в базу данных, которая содержит данные об 879 компонентов, можно осуществить из главного меню: "Specify -> Components" или из меню любого потока: "Components".
Для ускорения поиска можно выбрать вариант сортировки компонентов в базе данных (при смене варианта сортировки, в зависимости от быстродействия компьютера, следует подождать 5-15 сек, необходимых для перегруппировки компонентов): ID – порядковый номер в БД, Name – название компонента (например: HYDROGEN), Mixed Amine Support – "Yes" или "No" значит обеспечение возможности использования данного компонента в расчете колонны аминовой абсорбции-десорбции с учетом кинетики, Formula – сортировка по формуле, Molecular Weight – по молекулярному весу, Boiling Point – по температуре кипения.
Для ускорения поиска, необходимо набрать соответствующие цифры или символы в окне: Search For: . После поиска компонента, необходимо нажать кнопку "Add" для переноса сомпонента в окно: "Component Selected".
В зависимости от номера компонента, база данных разбита на 11 групп. Каждая группа содержит различное количество свойств.
|
1-99 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, ТС, РС, параметр ацентричности, VC, параметр растворимости (Дж/м3)0,5, энтальпия и энтропия образования |
|
100-999 |
Компоненты, задаваемые пользователем: 100-150 – составы нефти и нефтепродуктов, 200-250 – химические компоненты пользователя, задаваемые из ChemTran 300-310 – твердые компоненты пользователя, задаваемые из ChemTran |
|
1000-1999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, ТС, РС, давление насыщенного пара |
|
2000-2999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, ТС, РС, давление насыщенного пара |
|
3000-3999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, давление насыщенного пара |
|
4000-4999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, давление насыщенного пара |
|
5000-5999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, ТС, РС |
|
6000-6999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, ТС, РС |
|
7000-7999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость |
|
8000-8999 |
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости |
|
9000-9999 |
Компоненты для ионных реакций |
Как видно, база данных имеет не все свойства, которые могут быть необходимы для расчетов, поэтому необходимые параметры должны быть введены в Базу Данных Пользователя из справочной литературы, т.к. при расчетах необходимые свойства будут рассчитываться из существующих по соответствующим корреляциям. Для этого необходимо использовать программу, обслуживающую базу данных: ChemTran. Кроме того, с помощью ChemTran, для некоторых веществ возможно возможно достаточно точно оценить все свойства, включая критические, давление насыщенного пара и т.п. по структуре вещества.
Рассмотрим, каким образом можно получить данные из базы данных Design-II. Как было указано, для этого необходимо использовать ChemTran:
По сути, в данном случае мы переходим в DOS-овскую версию программы (первоначальную) и далее должны набирать команды вручную (шаблон отсутствует).
Для извечения из БД данных для компонента №62 – воды, следует набрать команды:
|
AB123 * H2O PROPERTIES VIEW C- COMP = 62 SI UNI OUT C- MET UNI OUT TEM UNI OUT = C C- PRE UNI OUT = MMHG TAB P-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB L-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB CP-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB VIS-T(C, LIQ) 62 = -50, 500, 50 TAB VIS-T(C, VAP) 62 = -50, 500, 50 TAB THE CONT-T(C, LIQ) 62 = -50, 500, 50 TAB THE CONT-T(C, VAP) 62 = -50, 500, 50 TAB V-T(C) 62 = -50, 500, 50 TAB SUR TEN-T(C) 62 = -50, 500, 50 PRINT PROPERTIES END |
Обязательный текст для начала задачи Обязательный комментарий № компонента Переключение результатов расчета в систему СИ Результатов расчета в систему СГС (закомментирован) Переключение температуры при выводе в 0С Переключение давления при выводе в мм.рт.ст (Внимание: по умолчании амириканская система измер) Давление насыщенного пара от –500С до +5000С, шаг 500 Теплота испарения Теплоемкость идеального газа Вязкость жидкости Вязкость газа Теплопроводность жидкости Теплопреводность пара Удельный объем или 1/плотность Поверхностное натяжение Команда вывода указанных свойств в файл в виде таблиц в соответствующих единицах измерения |
Для запуска расчетов необходимо нажать кнопку: CHEMTRAN
Эти команды можно сохранить в файле на диске (файл с расширением "in") и в дальнейшем этот файл читать с диска
Результаты расчета можно просмотреть в файле:
H2O PROPERTIES VIEW
**************************************************************
WATER NO. 1 COMPONENT NO. IS 62
****************************************************************
----------------------------------------------------------------
PROPERTY FOR VALUE OF METHOD OF
GENERAL DATA PROPERTY DETERMINATION
-------------------- ----------- --------------------
MOLECULAR WEIGHT 18.015 DATABASE
NORMAL BOILING POINT 100.00 C DATABASE
CRIT TEMPERATURE 374.18 C DATABASE
CRIT PRESSURE 22126. KPA DATABASE
CRIT VOLUME 0.55994E-01M3/KGMOL DATABASE
CRIT DENSITY 17.859 KGMOL/M3 1.0/VC
CRIT COMPRESSIBILITY 0.23023 CALCULATED
DIPOLE MOMENT 0.000 DATABASE
PARACHORE 0.000 DATABASE
ASSOCIATION PARA 0.000 DATABASE
DENSITY FACTOR 0.23023 DATABASE
ENTHALPY FACTOR 0.23023 DATABASE
SOLUBILITY PARAMETER 7.3900 (CAL/CM3)1/2 DATABASE
ACENTRIC FACTOR 0.34800 DATABASE
VAP PRESS AT TB 101.32 KPA DATABASE
AT .85*TC 6092.8 KPA DATABASE
AT TC 22126. KPA DATABASE
LIQUID VOLUME AT TB 0.18969E-01M3/KGMOL DATABASE
LIQUID DENSITY AT TB 52.717 KGMOL/M3 1.0/V
CHAR VOLUME 0.25519E-02M3/KGMOL DATABASE
IDEAL GAS HEAT
CAPACITY AT 500 K 35.392 KJ/KGMO/K DATABASE
LATENT HEAT AT TB 40715. KJ/KGMOL DATABASE
----------------------------------------------------------------
PARAMETERS FOR TEMPERATURE DEPENDENT EQUATIONS
----------------------------------------------------------------
PROPERTY EQUATION PARAMETERS UNITS
----------------------------------------------------------------
VAPOR PRESSURE LNPR1 C1 = 0.00000E+00 K, KPA
C2 = 1.6761
C3 = 0.50334
C4 = 0.00000E+00
C5 = 3.1836
C6 = 0.00000E+00
LATENT HEAT L C1 = 17782. K, KJ/KGMOL
C2 = 1209.0
C3 = 3.2400
IDEAL GAS HEAT T**3 C1 = 7.7000 K, KJ/KGMO/K
CAPACITY C2 = 0.45940E-03
C3 = 0.25210E-05
C4 = -.85870E-09
C5 = 0.00000E+00
C6 = 0.00000E+00
SURFACE TENSION TR**3 C1 = -.96591 DYN/CM
C2 = 125.51
C3 = 111.42
C4 = -173.39
LIQUID VISCOSITY LOG(VIS) C1 = 2179.1 K, NS/M2
C2 = -15.999
C3 = 0.24103E-01
C4 = -.17290E-04
C5 = 0.22967E-01
C6 = 0.90366
LIQUID THERMAL LOG(TC) C1 = -38.102 K, W/M/K
CONDUCTIVITY C2 = -.56515
C3 = 0.26440E-02
C4 = -.34922E-05
VAPOR THERMAL LOG(TC) C1 = -107.63 K, W/M/K
CONDUCTIVITY C2 = -1.4709
C3 = 0.71451E-03
C4 = -.17732E-06
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
IDEAL GAS
PT. TEMP HEAT CAPACITY
NO. (C) (KJ/KGMO/K )
--- ---- ----------------
1 -50.000 33.1553
2 0.000 33.4801
3 50.000 33.8429
4 100.000 34.2411
5 150.000 34.6719
6 200.000 35.1327
7 250.000 35.6208
8 300.000 36.1334
9 350.000 36.6679
10 400.000 37.2215
11 450.000 37.7917
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
PT. TEMP VAPOR PRESSURE
NO. (C) (KPA )
--- ---- ----------------
1 -50.000 5.720031E-03
2 0.000 0.573663
3 50.000 12.0602
4 100.000 101.325
5 150.000 479.312
6 200.000 1559.56
7 250.000 3957.82
8 300.000 8517.99
9 350.000 16484.7
10 400.000 29310.2
11 450.000 47719.3
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
PT. TEMP LIQUID VOLUME
NO. (C) (M3/KGMOL )
--- ---- ----------------
1 -50.000 1.718502E-02
2 0.000 1.777636E-02
3 50.000 1.836769E-02
4 100.000 1.895902E-02
5 150.000 1.955035E-02
6 200.000 2.014168E-02
7 250.000 2.073302E-02
8 300.000 2.132435E-02
9 350.000 2.191568E-02
10 400.000 2.250701E-02
11 450.000 2.309834E-02
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
PT. TEMP LATENT HEAT
NO. (C) (KJ/KGMOL )
--- ---- ----------------
1 -50.000 46785.0
2 0.000 44978.8
3 50.000 42978.8
4 100.000 40714.6
5 150.000 38080.5
6 200.000 34905.9
7 250.000 30883.5
8 300.000 25345.0
9 350.000 16048.7
10 400.000 0.000000E+00
11 450.000 0.000000E+00
12 500.000 0.000000E+00
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
PT. TEMP SURFACE TENSION
NO. (C) (DYN/CM )
--- ---- ----------------
1 -50.000 80.3374
2 0.000 75.3268
3 50.000 68.0579
4 100.000 59.0102
5 150.000 48.6631
6 200.000 37.4961
7 250.000 25.9884
8 300.000 14.6196
9 350.000 3.86894
10 400.000 0.000000E+00
11 450.000 0.000000E+00
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
PT. TEMP VAPOR VISCOSITY
NO. (C) (NS/M2 )
--- ---- ----------------
1 -50.000 6.553752E-03
2 0.000 7.965649E-03
3 50.000 9.368478E-03
4 100.000 1.076370E-02
5 150.000 1.215237E-02
6 200.000 1.353530E-02
7 250.000 1.491311E-02
8 300.000 1.628632E-02
9 350.000 1.765533E-02
10 400.000 1.903827E-02
11 450.000 2.039250E-02
12 500.000 2.169342E-02
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
PT. TEMP LIQUID VISCOSITY
NO. (C) (NS/M2 )
--- ---- ----------------
1 -50.000 19.2070
2 0.000 1.87063
3 50.000 0.533614
4 100.000 0.267189
5 150.000 0.179266
6 200.000 0.137901
7 250.000 0.110462
8 300.000 8.653773E-02
9 350.000 7.928308E-02
10 400.000 0.000000E+00
11 450.000 0.000000E+00
12 500.000 0.000000E+00
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
VAPOR THERMAL
PT. TEMP CONDUCTIVITY
NO. (C) (W/M/K )
--- ---- ----------------
1 -50.000 1.575497E-02
2 0.000 2.075068E-02
3 50.000 2.561175E-02
4 100.000 3.038229E-02
5 150.000 3.510495E-02
6 200.000 3.981312E-02
7 250.000 4.453070E-02
8 300.000 4.927346E-02
9 350.000 5.405051E-02
10 400.000 5.886560E-02
11 450.000 6.371805E-02
12 500.000 6.860363E-02
-------------------------------------------
COMPONENT 62: WATER
-------------------------------------------
LIQUID THERMAL
PT. TEMP CONDUCTIVITY
NO. (C) (W/M/K )
--- ---- ----------------
1 -50.000 0.478871
2 0.000 0.571497
3 50.000 0.640733
4 100.000 0.680918
5 150.000 0.689157
6 200.000 0.666086
7 250.000 0.615833
8 300.000 0.545246
9 350.000 0.462638
10 400.000 0.376389
11 450.000 0.293726
12 500.000 0.219929
Создание ХТС с технологическими операторами, расчитывающими паро-жидкостное равновесие в системе
Сепаратор (Flash): Предназначен для разделения паровой и жидкой фаз. Количество входных потоков неограничено и ограничивается только точками их присоединения. Если потоки имеют различное давление, то первоначально осуществляется адиабатический сброс давления до наименьшего.
Возможны от 2 или 3 выходных потока: 2 – один газ, а другой – жидкость, 3 – газ, углеводороды с растворенной водой, вода с растворенными углеводородами, соответственно.
Basic – основное
Advanced Specs – для нефтепродуктов
После выбора Basic, необходимо выбрать две спецификации работы сепаратора:
В верхней строке:
|
Duty Temperature Tem from Feed Bubble Pt. Tem Dew Pt. Tem Water Dew Tem Isentropic Liq Frac (Mol) Liq Frac (Mas) |
Тепловая нагрузка Температура Температура на выходе равна температуре входного потока Температура кипения (Х=0) Температура конденсации (Х=1) Температура насыщения воды (если воды в потоке нет, то эквивалентно температуры конденсации) Адиабатный Задается доля жидкости на выходе (мольная) Задается доля жидкости на выходе (массовая) |
В нижней строке:
|
Pressure Drop Pressure Pressure from Feed Bubble Pt.Pres Dew Pt. Pres Water Dew Pres Isentropic Liq Frac (Mol) Liq Frac (Mas) |
Перепад давления Давление на выходе Давление на выходе равно давлению на входе Давление при кипении (Х=0) Давление при конденсации (Х=1) Давление при насыщении воды Адиабатный Задается доля жидкости на выходе (мольная) Задается доля жидкости на выходе (массовая) |
Если одновременное выполнение двух условий невозможно, то машина сообщит об этом и предложит изменить выбор условия.
Advanced Specification – для работы с нефтепродуктами
Из под Keyword Input доступен приближенный конструктивный расчет сепратора.
Упрощенная колонна дистилляции (Shortcut Fractionator):
Данный модуль предназначен для упрощенного расчета технологических параметров колонны дистилляции: количество теоретических тарелок, флегмовое число, номер тарелки питания, тепловые нагрузки на куб и дефлегматор. Тарелки нумеруются с верха колонны вниз. Тарелка №=0 – дефлегматор, тарелка №=К+1 – куб, где К – количество теоретических тарелок в тарельчатой части. Количество входных потоков – 1, выходных потоков из куба и дефлегматора – по одному.
Процедура расчета основывается на постоянстве потоков пара и жидкости по высоте колонны.
Параметры работы модуля задается только с помощью Keyword Input:
|
C-* C-* Condenser Specification Commands C-* C-* PARtial condenser C-* TOTal condenser C-* C-* Recovery Specifications Commands C-* C-* RECovery to TOP i = fraction C-* RECovery to BOTtom i = fraction C-* C-* Tower Operating Parameters Commands C-* C-* DELta pressure (P units) = C-* PERcent of MINimum reflux = percent C-* PREssure of TOP product (P units) = |
Тип дефлегматораПарциальный (частичный) конденсатор Полный конденсатор Спецификация разделения компонентовДоля ключевого компонента i, отгоняющегося в верхний продукт. (например: RECovery to TOP 1176 = 0.9999) Доля ключевого компонента i, отгоняющегося в нижний продукт. (например: RECovery to BOTtom 1153 = 0.9999) где i – ID вещества в базе данных P колонны Максимальное флегмовое число в % от минимального Давление верхнего продукта |
Результаты расчета колонны можно просмотреть в View Results:
|
EQUIPMENT NO. 1 EXTERNAL NAME T-1 LIGHT KEY ID NO. 1176 FRAC. LIGHT KEY OVERHEAD 0.99990 HEAVY KEY ID NO. 1153 FRAC. HEAVY KEY BOTTOM 0.99990 COL. PRES. DROP KG/CM2 0.00000E+00 PCT MIN REFLUX 1000.0 OVERHEAD PHASE 0= VAPOR 1= LIQUID 1.0000 MINIMUM REFLUX 0.26719 MINIMUM STAGES 9.7445 FEED TRAY FR TOP 6.2982 REFLUX RATIO 2.6719 NO. OF STAGES 10.838 CONDENSER DUTY KCAL/HR -2.25107E+05 REBOILER DUTY KCAL/HR 1.67117E+05 |
ID № легкого компонента Доля легкого компонента отгоняющегося вверх ID № тяжелого компонента Доля тяжелого компонента отгоняющегося вниз Р колонны % от минимального флегмового числа для расчета максимального флегмового числа Фаза верхнего потока Минимальное флегмовое число Минимальное количество тарелок Максимальное флегмовое число Количество тарелок |
Более полно результаты расчета можно просмотреть из под Excel, нажав кнопку "Equipment Summary" после расчетов:
Column Parameters By Shortcut Method |
|||||
|
Feed Tray |
|||||
|
% Of Min Reflux |
Reflux Ratio |
Stages |
Location |
Condenser Duty |
Reboiler Duty |
|
kcal/hr |
kcal/hr |
||||
|
105 |
0,281 |
78,57 |
41,78 |
17480 |
20800 |
|
110 |
0,294 |
54,68 |
28,91 |
18310 |
21630 |
|
120 |
0,321 |
37,85 |
19,84 |
19980 |
23290 |
|
140 |
0,374 |
26,26 |
13,6 |
23310 |
26620 |
|
175 |
0,468 |
19,26 |
9,83 |
29140 |
32450 |
|
200 |
0,534 |
16,96 |
8,6 |
33300 |
36610 |
|
1000 |
2,672 |
10,84 |
5,3 |
166500 |
169800 |
% of Min Reflux – флегмовое число в % от минимального флегмового числа
Reflux Ratio – значение флегмового числа
Stages – количество теоретических тарелок
Feed Tray Location – № тарелки питания
Condenser Duty – тепловая нагрузка на конденсатор
Reboiler Duty – тепловая нагрузка на куб
Дистилляция (Distill): Этот модуль является наиболее сложным в использовании и представлен в четырех видах:
Distill –1: колонна без куба и дефлегматора (абсорбер или экстрактор)
Distill –2: колонна с кубом, но без дефлегматора (абсорбер с кубом)
Distill –3: колонна с дефлегматором, но без куба (отпарная колонна)
Distill –4: полная колонна дистилляции
Количество входных и выходных потоков ограничено местами присоединения потоков, т.к. возможно несколько входных потоков, боковых отборов перетоков жидкости или пара и т.п. Дефлегматор колонный имеет два выхода: для жидкой фазы и для газовой фазы (газовая фаза возможна при парциальном дефлегматоре).
Перед началом расчета желательно провести предварительный расчет упрощенной колонны дистилляции.
Окно основного диалога модуля.
Для модуля Distill-1 отсутствуют опции Main Specs и Heaters/Coolers.
Опция Basic:
Так как настройка модуля дистилляции очень сложная то разберем ее на примерах:
Уточненный расчет колонны дистилляции (Distill-4):
Имеется поток (1000 кг/ч) смеси фреонов: R11 – 33%масс., R12 – 33%масс., R13 – 34%масс. с температурой 0ОС и давлением 10 кг/см2. Который подается на 10-ю теоретическую тарелку дистилляционной колонны, имеющей 20 теоретических тарелок. Схема на рисунке.
Для этой задачи меню Basic может выглядеть следующим образом:
Параметры куба и дефлегматора определяются в следующих окнах:
Кроме Basic, необходимо обязательно заполнить Main Specs.:
А так же тарелку ввода потока питания (возможно несколько потоков питания на разные тарелки):
Метод сходимости решения:
После проведения расчетов, просмотреть результаты расчетов можно под Excel: расчетный диаметр колонны, потоки и их свойства на каждой тарелке, тепловая нагрузна на куб и дефлегматор и т.п.
Если в исходной смеси имеется неконденсирующееся вещество, что приведет к газовым сдувкам из дефлегматора, то в таком случае к дефлегматору должны быть присоединены 2 потока (рисунок слева):
Где поток 2 – жидкость, а поток 4 – газ.
Однако, согласно методу расчета, в данном случае дистилляционная колонна имеет один боковой отбор жидкости из тарелки №0 (поток 2), а продуктом является поток 4.
Количество боковых отборов (газ или жидкость) ограничивается лишь местами присоединения потоков. Например, боковой отбор газового потока 5 (рисунок справа). Однако, увеличение количества боковых отборов ухудшает сходимость решения задачи. Кроме того, расчет может не сойтись вообще по причине некорректно заданного материального баланса по веществам.
Для определения точек боковых отборов необходимо несколько изменить спецификацию:
Если какие-либо опции при вводе будут несовместимы, то машина сообщит об этом.
При моделировании абсорбера можно использовать модуль Distill-1:
Рассмотрим этот модуль на примере:
Имеется газовый поток (1000 нм3/ч), содержащий 97% N2 и 3% SO2 который необходимо очистить от диоксида серы. В качестве абсорбента используется вода с температурой 10ОС, с расходом 600м3/ч и давлением 1,5кг/см2. Для очистки используется колонна, имеющая 30 теоретических тарелок. Схема на рисунке.
Для этого модуля опция Basic будет выглядеть следующим образом:
Опция Main Specs будет отсутствовать, однако для этой котонны необходимо ввести два потока питания (Feed): газ на 1-ю тарелку и орошение на 31-ю тарелку (или К+1 – тарелку, где К – число теоретических тарелок).
После проведения расчетов, просмотреть результаты расчетов можно под Excel: расчетный диаметр колонны, потоки и их свойства на каждой тарелке, т.д.
Естественно, что при расчетах массообменного оборудования, связанного с паро-жидкостным и жидкость-жидкостным равновесием, особую роль будет играть точность описания равновесия с помощью существующих термодинамических моделей паровой и жидкой фаз. Рассмотрим эти модели более подробно.
Термодинамика:
На основании данных для чистых веществ и параметров бинарного взаимодействия, DESIGN-II достаточно четко рассчитывает: K-value (K=Y*/X - равновесие), Enthalpy (Энтальпия), Density (Плотность), Transport Properties (Viscosity and Thermal Conductivity) – транспортные свойства (вязкость и теплопроводность), Surface Tension – поверхностное натяжение. Эти свойства могут быть использованы в назличных модулях, более того, корреляции: K-value, Энтальпии и плотности могут быть установлены для индивидуальных модулей (для каждого - свой). параметры термодинамики задаются в Specify => Basic Thermo…
Программа имеет:
31 корреляцию Equilibrium K-values: API Soave, API Sour, Beychok (Sour), Braun K-10, BWR, BWRS, Chao-Seader, Edwards, Edwards Sour, Esso Tabular, Esso (Maxwell-Bonnell), Grayson-Streed (Std), Ideal, Lee-Kesler-Ploecker, MEA/DEA, Modified Esso, Mod Peng-Robinson, Pend-Robinson, Redlich-Kwong, Renon (NRTL), Rice Univ.Data (KVAL), SELEXOL, Soave, SKD, Tabular, Unifac, Uniquac, Vapor Pressure, Wilson, Unifac LLE, Mixed Amine
Для расчетов химических процессов могут быть использованы корреляции: Mod Peng-Robinson, Pend-Robinson, Vapor Pressure, Ideal. Однако, лучше всего использовать справочные данные по паро-жидкостному равновесию, которые можно обработать в ChemTran с получением параметров бинарного взаимодействия и ошибки описания равновесия для различных корреляций, а затем выбрать лучшую для всех возможных.
Пример обработки для системы HF-H2O по корреляции NRTL (Ренона):
|
AB123. *CHEMTRAN FILE TO REGRESS VLE/LLE DATA FOR HF/WATER SYSTEM. C-NRTL METHOD BY RENON WAS USED C- RENON COM=62,1113, C-* VAPOR-LIQUID EQUILIBRIUM DATA C-* (1) HYDROGEN FLUORIDE HF C-* (2) WATER H2O
C-* PRESSURE = 760.00 MM HG
C-* AUTHOR - MUNTER P.A.,AEPLI O.T.,KOSSATZ R.A. C-* JOURNAL - IND.ENG.CHEM.39,427(1947). C-* TEMP. UNITS: DEGREES C CONC. UNITS: MOLE FRACTION C-* LIQUID PHASE VAPOR PHASE C-* TEMPERATURE CONC(1) CONC(1) T-X-Y (MMHG,C) 1113,62=760, 101.60, 0.0495, 0.0078, 102.80, 0.0921, 0.0183, 106.80, 0.1894, 0.0640, 108.40, 0.2280, 0.1059, 110.30, 0.2794, 0.1781, 111.70, 0.3382, 0.3053, 112.00, 0.3440, 0.3208, 112.10, 0.3518, 0.3403, 112.30, 0.3578, 0.3571, 112.40, 0.3583, 0.3582, 112.10, 0.3662, 0.3859, 111.40, 0.3967, 0.4748, 108.70, 0.4439, 0.6330, 101.70, 0.5028, 0.8104, 98.90, 0.5219, 0.8620, 90.90, 0.5604, 0.9218, 86.60, 0.5817, 0.9581, 79.00, 0.6166, 0.9889, 74.60, 0.6382, 0.9856, 61.60, 0.6984, 0.9867, 45.10, 0.7976, 0.9922, 33.50, 0.8793, 0.9945, C- THE FOLLOWING COMMAND VARIES THE TEMPERATURE DEPENDENT PARAMETER B12 C- VARY 1113, 62=B12,B21 C- THE FOLLOWING COMMAND CREATES A FILE NAMED "ACNLWATE.DAT" TO BE USED C- BY DESIGN II SIMULATIONS C-FILE NEW=HF,WATR,DATA PRI PRO END |
- тип корреляции - компоненты: 62 – вода, 1113 – HF Данные паро-жидкостного равновесия: Т-Х-У, где: Р – в мм.рт.ст., равная 760мм.рт.ст Т – в ОС Х, У – мольные доли. - определить параметры корреляции Ренона - создает файл HFWATRDA.DAT и записывает результаты расчета |
Результаты расчета (файл *.OUT):
********* REDUCTION OF PHASE EQUILIBRIUM DATA FOR SYSTEM 1 ********
COMPONENTS IN SYSTEM 1
NO. CODE NO. NAME
---- -------- ----------------
1 62 WATER
2 1113 HYDROGEN FLUORID
EQUATION OPTION IS RENON
NUMBER OF ITERATIONS= 35
SUM OF SQUARES OF THE OBJECTIVE FUNCTION= 0.1354023E+01
STANDARD ERROR OF ESTIMATE= 0.1887649E+00
ROOT MEAN SQUARE OF ERRORS= 0.1795513E+00
REJECTED POINTS HAD ABSOLUTE ERRORS GREATER THAN 0.9676041E+00
CHEMSHARE CORRELATION CONSTANTS FOR ALL BINARY PAIRS
FROM RENON EQUATIONS (BTU/LBMOL)
---------------------------------------------------------------------
DATA AVE TEMP
BINARY PAIR ORGIN CONSTANT VALUE (F)
------------------------ ---- ------------ ------------ -----------
WATER(62) +
HYDROGENFLUORID(1113) DATA A(62,1113) -985.984 203.37
A(1113,62) 193.284
B(62,1113) -2.40027
B(1113,62) -1.45407
C(62,1113) 0.200000
C(1113,62) 0.200000
*********** SOURCE MATRIX FOR BINARY INTERACTION PARAMETERS ***********
COMP. NO. * 62 1113
----------*------------------------------------------------------------
62 * DATA FIT
1113 * DATA FIT
THERMO DATA FILE HAS BEEN WRITTEN.
После расчетов, к базе данных Design-II необходимо будет подключить данные файла HFWATRDA.DAT. Для этого необходимо выбрать опцию Advanced Termo и вписать соответствующие символы "HF", "WATR", "DATA" в соответствующие окна.
26 корреляций Vapor/Liquid Enthalpy: Mod Grayson-Johnson, API Soave, BWR, BWRS, Corresponding States, Curl-Pitzer, Edwards, Edwards Sour, Excess Latent, Excess Tabular, Grayson-Johnson (API), Ideal, Latent Heat, Lee-Kesler, Mod Lee-Kesler, Lee-Kesler-Ploecker, MEA/DEA, Mod Peng-Robinson, Peng-Robinson, Redlich-Kwong (Std), R-K with Interaction, SELEXOL, SKD, Soave, Tabular, Yen-Alexander, Mixed Amine
Определяет правило расчета теплоты смешения. В зависимости от системы может быть рекомендовано любое правило, однако можно рекоменовать "Peng-Robinson".
16 корреляций Vapour/Liquid Density: AGA, API Soave, BWR, BWRS, Corresponding States, Ideal, Lee-Kesler-Ploecker, Mod Peng-Robinson, Peng-Robinson, Redlich-Kwong, Soave, SKD, Yen-Woods (Std), SELEXOL, COSTALD, Mixed Amine
Позволяет предсказать анамальные изменения плотности смеси. В зависимости от системы может быть рекомендована любая корреляция, однако можно рекоменовать "Peng-Robinson".
7 корреляций для вязкости пара и жидкости: API, Dean&Stiel, Ln Average, mod API, NBS 81, Twu, Mixed Amine или Program Selected
7 корреляций для теплопроводности пара и жидкости: API, C.C.Li, Ln Average, NBS 81, TEMA 1968, TEMA 1978, Mixed Amine или Program Selected
3 корреляции для поверхностного натяжения: Standard, API, Mixed Amine
Для потоков чистой воды и чистого пара могут быть использованы таблицы свойств пара NBS/NRC.
Покомпонентный разделитель (Com Splitter): предназначен для упрощенного моделирования колонн разделения, адсорберов и т.п.
Basic:
Имеет до 6 входных потоков и 2 выходных. При наличии нескольких входных потоков сначала используется функция смесителя, а затем – делитля:
В опции Basic задаются параметры "верхнего" продукта, причем необходимо указать номер потока, соответствующего верхнему продукту. Возможные спецификации:
Mol Fraction Указывается мольная доля компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока.
Comp Molar Flow Указывается мольный расход компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока.
Comp Mass Flow Указывается массовый расход компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока.
Comp Vap Vol Flow Указывается расход компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока в паровой фазе или эквивалент в жидкой.
Comp Liq Vol Flow Указывается расход компонента, выделяющегося в
В опции Product Temperature задаются параметры выходящих потоков: верхнего и нижнего:
верхний продукт из исходного потока в жидкой фазе или эквивалент в паровой.
Для верхнего и нижнего потоков опции одинаковые:
Top Tem from Feed Температура выходного потока равна температуре входного потока.
Top Tem Out Указывается температура выходного потока.
Top Bubble Tem Температура потока равна температуре в точке кипения.
Top Dew Tem Температура потока равна температуре в точке конденсации.
Огневой подогреватель (Fired Heater): предназначен для расчета материального и теплового балансов огневого подогревателя.
Меню отсутствует, поэтому необходмо использовать Keyword Input:
|
C-* C-* Required Commands C-* TEMperature OUT (C) = 800 C-* C-* Optional Commands C-* C-* DELta pressure (P units) = EFFiciency = 0.7 HEAting VALue of FUEl (KJ/NTP) = 33040 |
- температура на выходе - перепад давления по потоку - эффективность использования Q топлива - теплота сгорания топлива |
В результатах расчетов следует обратить внимание на:
Q ABSORBED KJ/SEC 277.7 - расчетная тепловая нагрузка на подогреватель
FUEL M3(NTP)/SEC 0.1068 - расход топлива
Манипулятор потоков (Stream Manipulator):
Предназначен для работы с потоком и его преобразования.
Доступен из под меню.
Режим добавления потока с изменением расхода за счет одного из компонентов (Add):
Поток 2 будет на 100% больше потока 1 Поток 2 будет на 3*100% больше потока 1
(200%) за счет добавления водорода (400%) за счет добавления всех веществ
Режим вычитания потока с изменением расхода за счет одного компонента (Subtract):
Поток 2 будет на 20% меньше потока 1 Поток 2 будет на 3*20% меньше 1-го (80%) за счет уменьшения водорода , (40%) за счет уменьшения всех веществ
Режим формирования потока только из указанных компенентов (Multiply):
Поток 2 будет состоять из водорода , Поток 2 будет на такой же как поток 1 кол-во Н2 будет в 10 раз больше, чем в 1-м, однако его расход будет в 10 раз больше
Если включить режим "…By Their Molecular Weight", то расход будет дополнительно умножен на молекулярный вес, а если "…By SCF/MOL…", то на объемный расход.
Режим формирования потоков (Divide):
Поток 2 будет меньше потока 1 за счет Поток 2 будет в 2 раза меньше 1.
Уменьшения водорода в два раза состав останется прежним
Режим расчета высшей теплоты сжигания потока: Heating Value, а результат можно просмотреть из под View Results
Например:
HEATING VALUE:
KJ/M3(NTP) 12764.68
Универсальные Модули (Generic):
Порядок:
Загрузить шаблон через Load Template
Существует 2 типа модулей: Generic-1 и Generic-2, которые отличаются только количеством точек присоединения потоков: 16 и 4. Объединяют в себе шаблоны модулей, режимы работы которых можно задать в шаблоне:
Регулятор (Controller)
Предназначен для измерения информации потока или чтения параметров оборудования и регулировки этих параметров по заданию.
Основным правилом расположения – после оборудования, которое является источником сигнала (при регулировке в рециклах, для надежности расчетов, порядок расчетов можно определить из под меню: Specify=>Recycle).
Контроллер имеет только шаблон, заполняемый Keyword Input. В шаблоне возможно определить 2 режима работы контроллера: 1) к значению текущей (расчетной) информации (Passing Information); 2) определяет сходимость к заданной точке (Setpoint Convergence).
|
C-* Passing Information C-* SET X1 OF equipment = C-* C-* equipment equipment C-* X2 (SCAle =) FROm or operator X3 (SCAle = ) FROm or C-* stream stream C-* Setpoint Convergence C-* C-* VARY X1 (MIN =, MAX =, STE =, units) OF equipment C-* equipment equipment C-* UNTIL X2 (SCAle =) FROm or operator X3 (SCA =) FROm or = C-* stream stream C-* equipment C-* X4 (SCA =, BEG =, LOO =, TOL =) OF or C-* stream C-* or C-* constant (SCA =, BEG =, LOO =, TOL =, units) C-* NOTE: Tables 1 and 2, in the Controller section of the Online C-* Help file (or manual) list the specifications available for Xi. |
Контроллер может работать с целью изменения (исполнительные механизмы):
давления потока с помощью:
PUMp - насосом,
COMPREssor - компрессором,
EXPander - расширитель,
VALve - задвижка
температуры потока с помощью:
HEAt EXChanger – теплообменник
FIRed HEAter - огневой подогреватель
общего расхода потока посредством:
STReam manipulator – манирулятор потоков
DIVider module - модуль делителя
Источниками сигнала могут быть:
|
Оборудование: Rigorous Column - DIS CALculated CONdenser duty CALculated REBoiler duty CALculated REFlux CALculated TEMperature TOP (product) CALculated TEMperature BOTtom (stage) CALculated MAXimum DIAmeter CALculated PROduct rate Pumps, Compressors, & Expander - PUMP, COMPRE, EXP CALculated WORk for the machine (positive for EXP) CALculated ELEctrical power usage CALculated FUEl gas consumption CALculated STEam consumption CALculated WATer for cooling for multistage compressor Fired Heater - FIR CALculated FUEl gas consumption CALculated HEAt ABSorbed CALculated DUTy Heat Exchanger - HEA EXC CALculated DUTy CALculated LMTd (corrected log mean temperature difference) CALculated WATer flowrate for water cooled exchanger |
Дистилляция Q конденсатора Q куба Флегмовое число Температура продукта Температура в кубе Максимальный диаметр Расход продукта Насос, компрессор, турбина Работа машины (>0 для турб) Мощность электродвигателя Мощность газовой турбины Мощность паровой турбины Кол-во воды на межстадийное охлаждение. |
|
LNG Heat Exchanger - LNG CALculated AREa of the nth input stream CALculated DUTy of nth input stream; n is the position of the tubeside stream on the equipment command CALculated LMTd of the nth input stream, where n is defined above CALculated MIXTEMperature for shellside feed after tubeside recycle CALculated TOTal of individual AREas CALculated TOTal of individual DUTies Polytropic Compressor - POL CALculated SPEed CALculated SUCtion VOLume Reactor - REA CALculated DUTy Culation is requested in the GENeral section) |
Огневой подогреватель Кол-во газа на сжигание Кол-во поглотившейся Q Тепловая нагрузка Теплообменник Тепловая нагрузка Движущая сила т/п Кол-во воды на охлаждение Политропный компрессор Расход на всасе Реактор Тепловая нагрузка |
|
Shortcut Fractionator - SHO CALculated DUTy of CONdenser CALculated DUTy of REBoiler CALculated FEEd TRAy location from the top CALculated MINimum REFlux ratio of infinite stages CALculated REFlux ratio CALculated STAges (theoretical) CALculated MINimum stages Stream Manipulator - STR CALculated value per MOLe CALculated value per SCF Потоки ENThalpy of the stream FLOwrate of stream FLOwrate of COMponent i in the stream, where i is the component identification number PREssure of the stream TEMperature of the stream VAPor FRAction of the stream REID VAPor pressure of a stream (for which the REId vapor pressure cal |
Регулировка по текущей информации
SET X1 OF equipment =
X2 (SCAle =) FROm ES operator X3 (SCAle= )FROm ES
где:
X1 ключевое слово модуля оборудования; например: TEM OUT для HEAt EXChanger оборудования
Equipment идентификатор и номер оборудования, например HEA EXC 7
X2, X3 любое расчетное оборудование или технологический поток.; например: CAL DUT для HEAt EXChanger or FLO COM для потока. X2 и X3 также могут быть командой модуля оборуования; например TEM OUT для HEAt EXChanger это поток, отмеченный номером потока, например STR 18
SCAle = фактор умножения (оператор), используемый для модификации X2 and X3 (по умолчании = 1.0).
ES название модуля оборудования и его номер на ХТС или идентификатор и номер потока (например: STR 18).
Note: оператор и X3 не обязательные
Примеры:
Теплообменники
Компрессоры
Регулировка по "установленной точке"
VARY X1 (MIN =, MAX =, STE =, units) OF equipment
equipment equipment
UNTIL X2 (SCAle =) FROm or operator X3 (SCA =) FROm or =
stream stream
equipment
X4 (SCA =, BEG =, LOO =, TOL =) OF or
stream
or
constant (SCA =, BEG =, LOO =, TOL =, units)
где:
X1 ключевое слово модуля оборудования; например: TEM OUT для HEAt EXChanger оборудования
X2,X3,X4 любое расчетное оборудование или технологический поток.; например: CAL DUT для HEAt EXChanger or FLO COM для потока. X2, X3 и X4 также могут быть ключевыми словами для конкретных модулей оборудования, например TEM OUT для HEAt EXChanger в виде константы. Единицы измерения по умолчанию – АМЕРИКАНСКИЕ.
ES название модуля оборудования и его номер на ХТС или идентификатор и номер потока (например: STR 18).
SCAle = фактор для умножения (по умолчанию = 1.0)
оператор +(сложение), -(вычитание), *(умножение), /(деление)
MINimum value = минимальное значение X1
MAXimum value = максимальное значение X1
STEp size = шаг изменения переменной. (начальный шаг составляет 5% от от заданного значениея шага)
TOLerance = абсолютная точность расчетов.
LOOps = максимальное количество итераций цикла. По умолчанию – 10.
units Необходимо определить единицы изменения для MIN =, MAX = и STE = если они отличаются от Американских (которые по умолчанию)
Примеры:
Лабораторная работа №1 (файл: LABAN1.PSD)
Объект: система обеспечения сырьем (природным газом) завода производства аммиака или метанола
Цель работы:
Отчетность: отчет на Word с графиками и таблицами, подтверждающими расчеты и выводы.
Схема:
Исходные данные:
СН4 – 98%об., N2 – 1%об., СО2 – 1%об.
H2 – 75%об., N2 – 25%об.
Лабораторная работа №2 (файл: LABAN2.PSD)
Объект: система конверсии метана вместе с обеспечения сырьем (природным газом) завода производства аммиака.
Цель работы:
Отчетность: отчет на Word с графиками и таблицами, подтверждающими расчеты и выводы.
Схема:
За основу взята схема из Лаб.раб№1, однако, для подогрева используется огневой подогреватель Н-8, подогревающий до 350ОС топливом с QГОР=33МДж/нм3 , КПД=70%, Р=1,5кг/см2
Исходные данные:
ВНИМАНИЕ: При переделке из лабораторной №1 нужно быть внимательным, т.к. возможны различные неприятности, связанные с программой. Например, сначала поставить M-15, R-16, X-14 и G-13, просчитать, а затем все остальное… а не все сразу… т.е. по шагам…
Лабораторная работа №3
Объект: система конверсии метана вместе с обеспечения сырьем (природным газом) завода производства аммиака.
Цель работы:
Модификация технологической схемы из Лабораторной работы №2 посредством использования вместо равновесного химического реактора с учетом кинетики паровой конверсии метана на катализаторе (вторичный риформинг).
Данные для самопроверки студентов по (РИВ):
|
Keyword Input: DIAmeter (M) = 3.7 LENgth (M) = 4.15 R 1 = (1*2 + 1*62 = 1*48 + 3*1) R 2 = (1*48 + 1*62 = 1*49 + 1*1) TYPe = ADIabatic (RIF2KIN): Inline Fortran (Необходимо указать в окошке Plug Flow Reactor): C-* R1: CH4 + H2O = CO + 3H2 C-* R2: CO + H2O = CO2 + H2 DURING C-* AMERICAN => SI T=TEM/1.8 TC=T-273.15 P=PRE/14.2236 C-* REACTION RATE PARAMETERS AKC1=2.03E6*EXP(-90850.0/(8.31*T)) AKC2=30.9 C-* CONCENTRATIONS FROM AMERICAN SUM=CONC2+CONC62+CONC48+CONC1+CONC46 CCH4=CONC2/SUM CH2O=CONC62/SUM CCO=CONC48/SUM CH2=CONC1/SUM CCO2=CONC49/SUM C-* PARTIAL PRESSURE OF COMPONENTS PCH4=P*CCH4 PH2O=P*CH2O PCO=P*CCO PH2=P*CH2 PCO2=P*CCO2 C-* EQUILIBRIUM CONSTANTS AKP1=10.0**(-9840/T+8.343*ALOG10(T)-2.059E-3*T+ * 0.178E-6*T*T-11.96) AKP2=10.0**(2203.24/T+5.1588E-5*T+2.5426E-7*T* * T-7.461E-11*T*T*T-2.3) C-* REACTION RATES C-* PCH4M=PCH4*1E10 C-* PH2M=PH2*1E10 RATE1=AKC1*PCH4/PH2*(1.0-1.0/AKP1*PCO*PH2**3/(PCH4*PH2O)) RATE2=AKC2*PCO*(1.0-1.0/AKP2*PCO2*PH2/(PCO*PH2O)) C-* WRITE(3,100)TC,AKP1,AKP2 C-* 100 FORMAT(/'T=',F8.1,' KP1=',F8.1,' KP2=',F8.4) |
(RIF2KINM): Inline Fortran: C-* R1: CH4 + H2O = CO + 3H2 C-* R2: CO + H2O = CO2 + H2 DURING COMMON AKC1,AKC2,AKP1,AKP2,T,TOLD C-* AMERICAN => SI: R->K, PSIA->ATM T=TEM/1.8 P=PRE/14.2236 C-* CONC. FROM AMERICAN INTO PARTIAL PRESSURE: LB-MOL/FT3->ATM SUM=CONC2+CONC62+CONC48+CONC1+CONC46 PCH4=P*CONC2/SUM PH2O=P*CONC62/SUM PCO=P*CONC48/SUM PH2=P*CONC1/SUM PCO2=P*CONC49/SUM C-* KINETIC AND EQUILIBRIUM CONSTANTS AKC1=2.03E6*EXP(-90850.0/(8.31*T)) AKC2=30.9 IF (ABS(T-TOLD).LT.10.0) GOTO 1 TOLD=T AKP1=10.0**(-9840/T+8.343*ALOG10(T)-2.059E-3*T+ * 0.178E-6*T*T-11.96) AKP2=10.0**(2203.24/T+5.1588E-5*T+2.5426E-7*T* * T-7.461E-11*T*T*T-2.3) 1 CONTINUE C-* REACTION RATES RATE1=AKC1*PCH4/PH2*(1.0-1.0/AKP1*PCO*PH2**3/(PCH4*PH2O)) RATE2=AKC2*PCO*(1.0-1.0/AKP2*PCO2*PH2/(PCO*PH2O)) |
Лабораторная работа №4
Расчет системы ректификации
В производстве Фреона-122 (R122) существует необходимость проведения процесса разделения смеси, содержащей:
С2СL4 – 1.5%, HF – 0.01%, HCL – 0.01%, R121 – 3.5%, R122 – 90.48%, R123 – 4.5%,
T = 0OC, P = 1.3 кг/см2, G = 200 кг/ч
Система состоит из двух ректификационных колонн:
Колонна Т-1 имеет: 24 теор. тарелки, Р верха = 1,0 атм, Р низа = 1,3 атм, Флегмовое число может изменяться от 1 до 20, Температура куба = 80+/-10ОС, Питание подается на 12 теор. тарелку
Колонна Т-2 имеет: 24 теор. тарелки, Р верха = 1,0 атм, Р низа = 1,2 атм, Флегмовое число может изменяться от 1 до 10, Температура куба = 105+/-10ОС, Питание подается на 12 теор. тарелку
Задание: определить технологический режим работы системы колонн, позволяющий получить продукт (R122) с чистотой не менее 99,99%масс. с наименьшими энергетическими затратами (минимальная нагрузка на куб и дефлегматор) и максимальной степенью извлечения фреона R122 из исходной смеси (минимальными потерями). Определить необходимый диаметр колонн.
Примечание:
R121: Т кип = 389.75К
R122: Т кип = 345.00К
Tс = 519.15К; Pс = 36.52 атм Vс = 310.46 см3/моль
Структура:
Инструкция по выполнению работы:
AB123
* R-121, R-122 FREONS PROPERTIES ADDITION IN DATABASE
COMP = 200, 201
C- NON-DATABASE COMPONENT NAMES
NAM 200 = R121
NAM 201 = R122
C-STRUCTURE FOR COMPONENTS
STRU 200 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-CL6, C4-F7
STRU 201 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-F6, C4-F7
C- PURE COMPONENT DATA FOR COMPONENT 200 (R121)
TB(K) 200=389.75
C- PURE COMPONENT DATA FOR COMPONENT 201 (R122)
TB(K) 201=345.0
TC(K) 201=519.15
PC(ATM) 201=36.52
VC(CM3/GMOL) 201=310.46
C-CREATE DESIGN II INTERFACE FILE
FILE NEW=R121,R122,DATA - будет создан файл базы данных: R121R122.DAT
SI UNI OUT
TEM UNI OUT = C
PRINT PROPERTIES
END
Лабораторная работа №5 (файл: создать самостоятельно)
Объект: бутан-изобутановая ректификационная колонна К-403. [5]
Цель работы: 1. Расчет и анализ материального и теплового балансов системы. Сравнение с экспериментальными значениями. Исследование переходных процессов.
Отчетность: отчет на Word с графиками и таблицами содержащими расчеты и выводы.
К-403А
К-403
Изобутан
Схема:
Сырье
Топливо
Бутан
Исходные данные:
Основные конструктивные и режимные характеристики
изобутан-бутановой колонны К-403
Общее число тарелок двух колонн 120
Номер тарелки питания ......... 48
Расход сырья, кг-моль/ч ......... 207,2
Расход дистиллята, кг-моль/ч...... 84,5
Расход хол. орошения, кг-моль/ч. 1014,8
Номер разрезной тарелки ......... 60
Давление низа колонны, ата ...... . 11,1
Давление верха колонны, ата ....... 10,5
Температура сырья, °С .......... 77
Температура хол. орошения, °С ...... 60
Содержание изобутана в сырье, мол. % 40,782
Содержание бутана в сырье, мол. % ... 59,218
Значения концентраций и температур для изобутан-бутановой колонны
|
Номер тарелки |
Х, МОЛ. % |
У*, мол. % |
y, мол. % |
T, ° C |
|
Куб |
0,192 |
0,253 |
-_ |
84,59 |
|
0 |
0,247 |
0,326 |
0,253 |
84,58 |
|
8 |
0,704 |
0,926 |
0,754 |
84,34 |
|
16 |
1,767 |
2,319 |
1,920 |
84,01 |
|
24 |
4,145 |
5,402 |
4,531 |
83,47 |
|
32 |
9,031 |
11,598 |
9,894 |
82,58 |
|
40 |
17,611 |
22,047 |
19,311 |
81,16 |
|
48 |
29,478 |
35,648 |
32,336 |
79,32 |
|
48 |
27,486 |
33,431 |
32,337 |
79,59 |
|
60 |
40,605 |
47,574 |
44,576 |
77,65 |
|
72 |
64,401 |
70,664 |
66,773 |
74,25 |
|
84 |
85,381 |
88,634 |
86,344 |
71,48 |
|
96 |
95,384 |
96,507 |
95,576 |
70,07 |
|
108 |
98,742 |
99,057 |
98,807 |
69,44 |
|
120 |
99,722 |
99,792 |
99,722 |
69,09 |
Примечание.С нулевой по 48 тарелку V=1257,6; L =1380,3;
k = 679,104, а с 49 по 120: F=1258,2; L=1173,7; k=679,420 (кг. моль/ч).
На рис.L5.2. приведены кривые разгона концентраций легколе тучего компонента в кубе, дефлегматоре и на тарелке питания ко лонны К-403. Сравнение концентраций, найденных методом по-тарелочного расчета и по математической модели, показывает, что расхождение расчетных значений не превышает 2%.
Рис. L 59. Кривые разгона в пусковом режиме изобутан-бутановой колон ны К-403.
1, 1' —в кубе; 2, 2''—на тарелке питания; 3, 3' —в дефлегматоре. Кривые 1—3 рас-считывались по модели (2.1.13), 1'— 3' — потарелочным методом.
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Описание и основные возможности Design-II для Windows . . . . . . . . . . . 8
Последовательность формирования задания и его расчет. . . . . . . . . . 9
и обозначение их направления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Примеры использования DESIGN-II для Windows . . . . . . . . . . . . . . . 18
Термодинамический анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Краткое описание правил работы с модулями теплообменников . . . . . . . . 19
Использование базы данных Design-II в качестве справочника. . . . . . . . . . 20
Использование веществ, отсутствующих в базе данных и приблизи-
тельная оценка свойств веществ по их структуре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Описание операторов моделирующих технологическое оборудование . . . 24
Смеситель (Mixer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Делитель (Divider) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Насос (Pump) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Компрессор (Compressor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Турбина (Expander) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Клапан или вентиль (Valve) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Теплообменник (Heat Exchanger или Exchgr-1 и Exchgr-2) . . . . . . . . . . . . . . 29
Трубопровод (Line) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Технологические операторы, расчитывающие химические превращения в системе (стехиометрический реактор, равновесный термодинамический реактор, РИС, РИВ, использование модуля пользователя) . . . . . . 36
Стехиометрический реактор (Reactor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Равновесный реактор (Equil Reactor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Реактор идеального вытеснения (PLUg FLOw REActor) . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Реактор идеального смешения (CSTR или Continuous Stirred Tank Reactor) . 42
База данных по комонентам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 43
Создание ХТС с технологическими операторами, расчитывающими паро-жидкостное равновесие в системе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Сепаратор (Flash) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Упрощенная колонна дистилляции (Shortcut Fractionator) . . . . . . . . . . . . . . .52
Дистилляция (Distill) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Уточненный расчет колонны дистилляции (Distill-4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Моделировании абсорбера с помощью модуля Distill-1. . . . . . . . . . . . . . . . . .56
Термодинамика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Вспомогательное оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Покомпонентный разделитель (Com Splitter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Огневой подогреватель (Fired Heater) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
Манипулятор потоков (Stream Manipulator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Универсальные модули (Generic) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
Регулятор (Controller) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Лабораторная работа №1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Лабораторная работа №2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Лабораторная работа №3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Лабораторная работа №4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Лабораторная работа №5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Использованная литература
Используемые и охраняемые знаки защиты прав.
(Copyright Notice)
Copyright Ó 1995 - 2000 by WinSim Inc. All Rights Reserved.
Copyright Ó 1988 - 1995 by ChemShare Corporation
DESIGN II for Windows Ô , DESIGN II Ô , and ChemTranÔ are trademarks of ChemShare Corporation.
Microsoft® and Windows® are registered trademarks of Microsoft Corporation.
SELEXOL® is a registered trademark of Union Carbide Corporation.
Therminol® is a registered trademark of Solutia Inc.
WinSimÒ is a registered trademark of WinSim Inc.
The Design Institute for Physical Property DataÒ and DIPPRÒ are registered trademarks of the American Institute of Chemical Engineers (AICHE).
Information in this General Reference Guide is subject to change without notice and does not represent a commitment on the part of WinSim Inc. The software described in this User Guide is furnished under a license agreement and may be used or copied only in accordance with the terms of the agreement.
WinSim Inc. makes no warranty of any kind with regard to this material, including, but not limited to, the implied warranties of merchantability and fitness for a particular purpose.
WinSim Inc. shall not be liable for errors contained herein or for incidental consequential damages in connection with the furnishing performance or use of this material.
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and recording, for any purpose, without the express written permission of WinSim Inc.
Составитель Кознов А.В.
Корректор _______________
Подписано в печать __________
Формат 60х84/16. Объем 1,25 п.л.
Тираж 100. Заказ ____
Редакционно-издательский отдел
Российского химико-технологического университета
Для рециркуля-ционного потока 3 необходимо будет задать его начальное приближение