книги / Design-II ╨┤╨╗╤П Windows. ╨Ю╨┐╨╕╤Б╨░╨╜╨╕╨╡ ╨╝╨╛╨┤╤Г╨╗╨╡╨╣ ╨╛╨▒╤А╤Г╨┤╨╛╨▓╨░╨╜╨╕╤П ╨╕ ╨┐╤А╨╕╨╝╨╡╤А╤Л ╨╕╤Е ╨╕╤Б╨┐╨╛╨╗╤М╨╖╨╛╨▓╨░╨╜╨╕╤П
.pdfРис. 5.57. Изображение окна для ввода энтальпии и энтропии
образования
из отечественной справочной литературы, так как принятая в Рос сии начальная точка отсчета для расчета энтропии отличается от принятой в США (Design-II разрабатывался в США с использовани ем западных стандартов). Однако величина энтропии образования может быть легко рассчитана с использованием АЯ®9в и AG% из указанной выше справочной литературы и формулы
о |
_ А Я °9 8 — АСг °98 |
AS 298 |
— |
|
298 |
Следует обратить внимание, что для большинства компонентов AG°98 численно меньшеДЯ^в, и оба значения — отрицательные, поэтому AS гэг будет также иметь отрицательный знак.
Например, для метанола в газовой фазе: СН3ОН или СНдО
ДЯ “98 = -4 7 ,9 6 ккал/моль;
AG°98 = —38,72 ккал/моль,
тогда ASS* = (-47,96 • 1000 - (38,72 • 1000)/298) =
= -31,0067 кал/мольград.
Для задания дополнительных опций расчета реактора необхо димо зайти в модуль, нажать кнопку QPBU IP»—»««...| (рис. 5.58).
Следует отметить, что, в от личие от ранее рассмотренных модулей, данный модуль реак тора не имеет оконного интер фейса для ввода исходных дан ных. Поэтому все исходные дан ные необходимо будет вводить
в виде текстовых макрокоманд в окне, появляющемся после нажа тия кнопки Kepwotd input.. | (ввод ключевых слов). Дополнитель ный объем информации в виде процедуры на алгоритмическом язы ке Фортран необходимо будет ввести в окне, появляющемся после нажатия кнопки inline Fottian... |. Рассмотрим порядок ввода исход ных данных более детально.
Следует иметь в виду, что приведенный ниже порядок опера ций является лишь одним из вариантов ввода исходных данных, ко торый рекомендуется при выполнении учебных заданий. Более под робную информацию можно почерпнуть на сайте компании WinSim Inc. (www.winsim.com).
Для того чтобы ввести основной набор исходных данных для расчета, после входа в модуль реактора следует нажать кнопку Keywoidinpu... |, после чего появится пустое окно. Для заполнения его вариантами команд, из которых следует выбрать лишь необхо
димые, следует нажать кнопку 1 Load Template 1(рис. 5.60).
Для ввода необходимого набора исходных данных в этом окне следует:
цця7|п11зттиипв»»ит1«71пшц>?ии2ации|щцб7и1
|
|
v |
m |
l a s t r u c t i o a s |
b e l o v 't b s p e c ify |
t h i s |
e q u ip n e n t |
|||||||||
Сочетание С-* |
th e k e y e o n l i n p u t . |
In f a t n r e r e le a s e s o f th e |
||||||||||||||
c t |
th e s e |
i n s t r u c t i o n s « |
i l l |
be |
re p la c e d |
u d th |
||||||||||
|
|
i n - t h e - b la n k |
d ia lo g |
b o n e s . |
I s |
s p e c ify |
a |
coa *a a d |
||||||||
|
|
e |
th e |
С -» b e fo re |
i t |
and |
e a te r |
th e |
u n it s |
l o |
||||||
|
|
t h e s is an d a n y v a lu e s a f t e r th e |
|
d a y l i n e |
||||||||||||
|
|
o ln g |
w it h |
C -> |
ad 11 |
n u t be |
w l t t e n |
t o |
th e |
DES1CH I I |
||||||
|
|
f i l e |
. |
N o u e v rr |
am i |
l i n e |
w ith |
o n ly |
C- |
(ao d no • ) |
||||||
-■ |
«111 |
be |
« r l t t e n |
t o |
th |
■ee lin piu --------t f i l e and in t-------e r p r e t e d -by |
||||||||||
- • |
DESICM |
I I |
as |
с о и |
‘ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-■ M a jo r S p e c if ic a t io n s
■ a______
Линейки
горизонтальной и вертикальной прокрутки
LeadTonaUata |
Кнопка для загрузки шаблона
Рис. 5.60. Изображение окна Keyword Input модуля РИВ
1. Задать диаметр и длину реактора и соответствующие едини цы измерения, т. е.:
-убрать признаки комментария (С-*) перед следующими стро
ками:
DIAmeter (L units) = LENgth (L units)
-вместо «L units» задать единицы измерения «М» — метры;
-после знака «=» ввести соответствующие значения.
2. Ввести уравнения химических реакций, протекающих в реак торе, т. е.:
- убрать признаки комментария (С-*) перед строкой R i = (al* rl + а2* г2 + ... = bl* pi +Ь2* р2* + ...);
-заменить «i» на номер реакции: 1,2, 3 и т. д.;
-заменить «а1, а2» и т. д. и «Ы, Ь2» и т._д. на величины стехио метрических коэффициентов;
-заменить «г1, г2» и т. д. и «р1, р2» и т. д. на порядковые номе ра (ID) соответствующих компонентов в базе данных.
3.Задать тип реактора, т. е.:
-убрать признаки комментария (С-*) перед следующей стро
кой:
TYPe =
иодной из следующих:
ISOthermal |
изотермический реактор |
TEMperature PROfile |
задан профиль температуры |
|
по длине |
ADIabatic |
адиабатический реактор |
COCurrent |
реактор с наружным охлаждением |
|
(прямоток) |
Например, для адиабатического реактора паровой конверсии метана длиной 5,15 м и диаметром 3,7 м с учетом конверсии моно оксида углерода набор команд будет следующий:
DIAmeter (М) = 3.7
LENgth (М) = 5.15
R 1 = (1*2 + 1*62 = 1*48 + 3*1)
R 2 = (1*48 + 1*62 = 1*49 + 1*1)
TYPe = ADIabatic
Для того чтобы ввести дополнительный набор исходных дан ных для расчета кинетики химических реакций, необходимо нажать
6. По умолчанию в Dcsign-II используются единицы измерени США, где давление измеряется в PSIA, абсолютная температура —
в R (градусы Ренкина), поэтому в процедуре на фортране необходи мо предусмотреть их перевод в соответствующие единицы измере ния.
Поскольку ввод исходных данных требует некоторых знаний по моделированию и алгоритмическим языкам, рассмотрим поря док ввода команд на примере модели РИВ паровой конверсии мета на, представленной на рис. 5.62:
Уравнения химических реакций:
1:СН4+ Н20 = СО + ЗН2;
2:СО + Н20 = С 0 2+ Н2:
Уравнения констант равновесия:
\g (K p \) = + 8,343 • lg(7) - 2,059 •1<Г:1• Т + 0,178 • 10' 6• Т 2 - 11,96;
lg(K p{) = ?2°3,24+ 5,1588-КГ5 Т + 2,5426-10'7 Т г - 7,461 -10-" - Г1 -23.
Т
Константы скоростей химических реакций:
„5 _Г-908501
Ксх = 2,06 10s -exp ■■■ ■■ Ь
1 8 ,3 1 Т /
Ксг - 3,09.
Уравнения кинетики химических реакций:
— 1 = К с |
|
[j |
1 |
Рсо-Рнг |
А |
^ |
k |
Кр\ |
Раи'РъгО |
— = |
|
| |
1 |
РсОг Рн7 |
• Ясо -1 |
|
|
||
А1 Крг РсО’РпгО
Рис. 5.62. Основные уравнения математической модели реактора паровой конверсии метана
Из указанной модели, как было показано выше, уравнения хи мической реакции вводятся в поле Keyword Input, а остальная часть модели вводится в Inline Fortran. Текст, который необходимо ввести в поле команд при использовании опции Inline Fortran, представлен на рис. 5.63:
|
|
|
Select Inline Fortran TemptatB Type tor loading: |
|
I ~ 0* ~ |
I |
||
|
|
Ijpiug Flow Reactor |
|
" |
|
|||
1 |
2 |
3 |
h |
5 |
6 |
7 |
Cancel |
I |
1 2 3 *5 6 7 89 *12 3*5 6 78 9*1 23 *5 67 89 *12 3 *56 78 9 *1 2 3*5 67 8 9*1 23 *56 7 89 81 2 3*5 67 8 9*1 2
C-* *1: CH* ♦ H20 - CO ♦ 3H2
C— 82: CO ♦ H20 - C02 * H2
DURING
C-* AMERICAN -> SI: Я-Ж. PSIA->ATH T-TEH/1.8
P-PRE/1*.2236
C— CONC. FROM AMERICAN IHTO PARTIAL PRESSURE: LB-H0L/FT3->ATN SUN-CONC2*CONC62*CONC*8»COHC1♦CONC**
PCR*-P«C0NC2/SUN
PH20-P-C0HC62/SUH
PC0-P«C0NC*8/SUH
PH2-P*C0HC1/SUH PC02-P»COHC*9/SUH
C-* RINETIC AND EQUILIBRIUM CONSTANTS AKC1-2.03E5«EXP(-9B85B.H/(8.31«T)) АКС2-Э.В9
AKP1-1*.0**(-98**/T*8 .3*3«AL0C1 B(T)-2.B59E-3H* 0.178E-6»T«T-11.96)
Help |
CSl
Рис. 5.63. Изображение окна Inline Fortran модуля РИВ
В данной процедуре:
DURING — ключевое слово начала процедуры;
ТЕМ — ключевое слово, соответствующее температуре в гра дусах Ренкина;
PRE — ключевое слово, соответствующее давлению в PSIA; CONCid — ключевое слово, соответствующее концентрации
компонента с соответствующим id в фунт-моль/фут3;
EXP, ALOG10 — стандартные функции экспоненты и десятич ного логарифма;
RATEn — ключевое слово для уравнения скорости химической реакции с номером «п».
В заключение следует сказать, что, так как для интегрирования используется метод Рунге — Кутта с высокой точностью расчета, в зависимости от производительности компьютера расчет модуля может занимать время от нескольких секунд до нескольких десят ков секунд. В течение этого времени практически все ресурсы про цессора загружаются решением задачи, и выполнение других задач под Windows затормаживается.
Выше были описаны основные химические реакторы, имею щиеся в базе данных по процессам Design-IIfor Windows, наиболее широко использующихся для создания ХТС при выполнении учеб-
ных заданий. Для изучения возможностей модулей других реакто ров следует читать DESIGN II Reference Guide, выход на который возможен через Help.
Ниже будут рассмотрены основные модули, использующиеся в Design-П for Windows для расчета многокомпонентного парожид костного равновесия, знание возможностей которых необходимо при выполнении учебных заданий: модуль сепаратора газа и жидко сти, модули колонны дистилляции.
СЕПАРАТОР ГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ (Flash)
Модуль сепаратора газовой и жидкой фаз, по сути, представля ет собой модуль для расчета парожидкостного равновесия. В Design-II имеются три изображения модулей, выполняющих оди наковую функцию (рис. 5.64).
F-l |
F-2 |
F-3 |
Рис. 5.64. Изображение модулей Flash
Количество входных потоков не ограничено и определяется толь ко точками присоединения, а выходных потоков — ДВА, один из них — жидкость, а другой — газ. Если входные потоки имеют разное давление, то автоматически включается функция смесителя, рассчи тывающая адиабатическое расширение потоков с высоким давлением.
Для задания основных опций расчета необходимо зайти в мо
дуль, нажать кнопку_____ Pa*ic—_____ | (рис. 5.65).
Выбор опций |
Выбор опций расчета |
расчета |
по давлению |
по температуре |
Единицы измерения |
|
Рис. 5.65. Изображение окна Basic модуля Flash
Для ввода необходимого набора исходных данных в этом окне необходимо:
1. В ниспадающем меню опций расчета по температуре вы брать соответствующий способ расчета:
Duty |
Тепловая нагрузка |
Temperature |
Температура |
Temperaturefrom Feed |
Температура на выходе равна темпера |
|
туре входа |
Bubble Point Temperature |
Температура кипения |
Dew Point Temperature |
Температура точки росы |
Water Dew Temperature |
Температура насыщения воды (если |
|
воды в потоке нет, то эквивалентно |
|
температуре конденсации) |
Isentropic |
Адиабатный |
Liquid Fraction (Molar) |
Задается доля жидкости на выходе |
|
(мольная) |
Liquid Fraction (Mass) |
Задается доля жидкости на выходе |
|
(массовая) |
2. В ниспадающем меню опций расчета по давлению выбрать соответствующий способ расчета:
Pressure Drop |
Перепад давления |
Pressure |
Давление на выходе |
Pressurefrom Feed |
Давление на выходе равно давлению на |
|
входе |
Bubble Point Pressure |
Давление точки кипения |
Dew Point Pressure |
Давление точки конденсации |
Water Dew Pressure |
Давление при точке конденсации воды |
|
(если воды в потоке нет, то эквивалент |
|
но давлению конденсации) |
Isentropic |
Адиабатный |
Liquid Fraction (Molar) |
Задается доля жидкости на выходе |
|
(мольная) |
Liquid Fraction (Mass) |
Задается доля жидкости на выходе |
|
(массовая) |
Если одновременное выполнение двух условий невозможно, то машина сообщит об этом и предложит изменить выбор условия (рис. 5.66).
OrVr one cf the Fcfioodng te rn mey be selected «ton e tine:
Uentropk.
LiyJd Fraction (Molar) U»Jd Fraction (М аи)
r ^ r n
Math 1 (F-l): Teonperattxe - One temis rnquted from the te bebn:
Pressue FromFood
Рис. 5.66. Примеры сообщений о некорректно выбранных условиях
Следует отметить, что данный модуль имеет возможности про извести расчет размеров вертикального сепаратора (кнопка Vertical Sizing) или горизонтального сепаратора (кнопка Horizontal Sizing), однако данные опции не будут использоваться при проведении учебных заданий.
УПРОЩЕННАЯ КОЛОННА РЕКТИФИКАЦИИ (Shortcut)
Модуль упрощенного расчета колонны ректификации предна значен для быстрого предварительного расчета колонны ректифи кации с кубом и дефлегматором, т. е. определения: количества тео ретических тарелок, номера тарелки питания, флегмового числа и тепловых нагрузок на куб и дефлегматор. Изображение модуля Shortcut представлено
на рис. 5.67.
Количество входных пото ков не ограничено и определяется только точками присоединения, а выходных потоков — ДВА: один — выход из куба, а дру гой — из дефлегматора. Следует отметить, что при расчете колон на имеет одну точку ввода пита ния, поэтому перед началом рас чета все входящие потоки будут смешаны с учетом их давления.