Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

И протекающих в них химических процессов

Читайте также:
  1. II Разновидности производственных процессов
  2. II. Сравнение потоков и процессов
  3. III Принципы организации производственных процессов
  4. III. Действие химических веществ.
  5. O Подвижность нервных процессов
  6. Анализ существующих процессов проектирования
  7. Аппаратурное оформление мембранных процессов
  8. БЕЗОПАСНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
  9. БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ
  10. Билет 25: Неметаллы,положение в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева,строение их атомов

Основным методом моделирования химических реакторов является математическое моделирование. Под математическим моделированием понимается изучение химического процесса аналитическими методами, при помощи вычислительной техники. Развитие современных вычислительных средств позволяет значитель­но сократить многочисленные этапы внедрения путем замены трудоемких промежуточных, часто повторяющихся испытаний расчетами на аналого­вых и цифровых ЭВМ.

Моделирование - это метод изучения различных объектов, при котором исследования проводят на модели, а результаты количе­ственно распространяют на оригинал. Модель может представлять собой уменьшенную по определенным законам (или иногда уве­личенную) копию реального объекта. Но моделью может быть и определенная система представлений о реальном объекте, выра­жаемая как совокупность математических структур: уравнений, неравенств, таблиц, графиков. Такую модель обычно называют ма­тематическим описанием объекта, или его математической моделью.

Математическая модель представляет собой систему уравнений математического описания, отражающую сущность явлений, протекающих в объекте моделирования, которая с помощью определенного алгоритма позволяет прогнозировать поведение объекта при изменении входных и управляющих параметров.

Напомним, что практически любой исследуемый процесс может быть отнесен к классу объектов с сосредоточенными или распределенными параметрами. Определяющим признаком объекта с сосредоточенными параметрами является изменение параметров, описывающих его состояние только во времени. Параметры состояния для объектов с распределенными параметрами могут изменяться, как во времени, так и в пространстве, т.е. могут являться функциями пространственных координат объекта.

Математическая модель - некоторое упрощенное изображе­ние процесса в реакторе, которое сохраняет наиболее существен­ные свойства реального объекта и передает их в математической форме. В зависимости от поставленной задачи математическая модель учитывает разное число признаков объекта и поэтому мо­жет быть широкой или узкой.

Разработка моделей, в частности моделей реакторов и протека­ющих в них химических процессов, - задача непростая, так как требования к математической модели часто бывают противоре­чивыми.

Во-первых, модель должна быть проще реального объекта, на­глядно и отчетливо передавать все качественные стороны интере­сующего нас явления. Только в этом случае можно сохранить «фи­зический контроль» над моделью. Если модель будет сложнее объекта, то моделирование теряет смысл, так как в этом случае для изучения явления легче было бы исследовать сам объект, а не мо­дель. Чем сложнее математическая модель, тем меньше вероят­ность получения аналитических решений на ее основе, а, следова­тельно, тем больше вероятность появления больших ошибок при расчетах на ее основе.

Однако излишнее упрощение модели рискованно из-за веро­ятности потерять какие-либо существенные стороны изучаемого явления. Исходя из этих соображений, формулируется второе тре­бование: модель должна быть достаточно полной и подробной, точно передавать не только качественные, но и количественные закономерности явления. Если не выполнить этого требования, затруднительно будет использовать разработанную модель для рас­чета химических реакторов в широких диапазонах изменения ус­ловий их работы.

Противоречивость этих требований очевидна: без обстоятель­ного изучения свойств системы не всегда ясно, какие факторы наиболее существенны, а какими можно пренебречь. При упро­щении модели можно не учесть важные элементы изучения явле­ния и этим сделать модель непригодной для расчета реального аппарата, и в то же время полная модель может быть столь слож­ной в математическом отношении, что достаточно точный расчет на ее основе также станет невозможным. Следовательно, разра­ботка математической модели реактора всегда связана с поиском компромисса между указанными требованиями.

Облегчить эту сложную задачу помогают некоторые общие принципы, в частности использование системного подхода к хи­мическим реакторам и химическим процессам. Химический ре­актор рассматривают как сложную систему, т. е. множество эле­ментов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и образующих целостность, единство. В рамках системного подхо­да удобно использовать иерархический принцип. (Иерархия — расположение частей или элементов целого в порядке от низшего к высшему или от высшего к низшему.) Его суть состоит в том, что сложная система рассматривается как совокупность под­систем, связанных между собой. Подсистемы, находящиеся на бо­лее высокой ступени иерархии, выполняют все функции подсис­темы, принадлежащей более низкой ступени иерархии.

Загрузка...

Реактор и реакционный узел, будучи сложными объектами, имеют многоступенчатую структуру, и их математические модели строятся последовательно на основе предварительного построения моделей их составных частей и введения соотношений, связываю­щих переход с одного уровня на другой. Исследование сложного процесса по частям дает возможность переходить к модели более высокого уровня, включая в нее как составную часть узкую модель более низкого уровня. Первоначально проведенный анализ моделей более низкого уровня существенно упрощает анализ процесса в целом, и в то же время в рамках иерархического подхода легче учесть взаимосвязь между различными уровнями системы.

Конечно, разбиение на иерархические уровни может быть многовариантным. Рассмотрим один из возможных вариантов иерар­хической структуры химического процесса, протекающего в реак­торе (в порядке возрастания ступеней иерархии).

В качестве нижнего уровня иерархии чаще всего рассматрива­ют молекулярный уровень - межмолекулярное взаимодействие на расстояниях, примерно равных размерам молекул, определяемое закономерностями химической кинетики, стехиометрическими соотношениями, устанавливающими количественную взаимосвязь между расходованием различных реагентов и образованием про­дуктов реакции, а также законы химического равновесия.

Следующим является уровень малого объема - некоторый эле­мент реакционного объема макроскопического размера, например сфера или цилиндр с поперечным сечением в несколько квадрат­ных миллиметров или сантиметров. Таким элементом может быть одно зерно катализатора, пузырек газа, поднимающийся в барботажном слое, один элемент насадки в насадочной колонне и т.д. Закономерности предыдущего уровня должны быть теперь допол­нены закономерностями тепло- и массопереноса.

Уровень рабочей зоны аппарата - статистическая совокупность изученных на предыдущем уровне элементов малого объема, на­пример слой катализатора, насадочный слой, барботажный слой и т. д. На этом уровне необходимо учитывать эффекты, связанные с характером движения потока. В ряде случаев (например, при рассмотрении гомогенных реакций) на этот уровень можно пе­рейти с первого, минуя уровень малого объема.

Уровень аппарата - конфигурация, взаимная связь и взаимное расположение рабочих зон аппарата, например, несколько слоев катализатора, разделенных теплообменниками, в многослойном каталитическом реакторе или несколько барботажных тарелок в ко­лонном аппарате для проведения газожидкостных реакций.

Использование иерархического подхода существенно упрощает за­дачи анализа и синтеза математических моделей химических реакторов.


Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 15 | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2019 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав