Моделирование химико-технологических процессов в производстве неорганических веществ учебное пособие
жүктеу/скачать 4.76 Mb. Pdf көрінісі
|
| 6. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
6.1. Математическое моделирование стационарного химико- технологического процесса. Конверсия природного газа Стационарные процессы описываются статическими математическими моделями. Статические модели — это математические модели, которые характеризуют работу объекта в условиях, когда параметры процесса не меняются во времени. Математическое описание таких объектов включает в себя либо алгебраические уравнения объектов с сосредоточенными параметрами, либо дифференциальные уравнения для объектов с распределенными параметрами. Примером такого объекта может служить проточный аппарат объемом V, в который непрерывно подаются реагенты А и В с расходами Q A и Q B и отводится продукт С. Математическое описание включает уравнения материального и теплового балансов по принципу «Приход = Расход». В данной лабораторной работе необходимо составить статическую математическую модель процесса конверсии природного газа в стационарных условиях путем совместного решения уравнений материального и теплового балансов. Для моделирования по заданию преподавателя предлагается один из четырех видов конверсии: паровой, пароуглекислотной, парокислородной или паровоздушной, — а конечным результатом работы является анализ влияния независимых переменных (состав исходного газа, температура и пр.) на выходные параметры процесса. В процессах конверсии природного газа протекает множество параллельных и последовательных реакций. Для определения количества уравнений, по которым будет производиться моделирование процесса, воспользуемся правилом: Количество уравнений = Количество веществ – Количество элементов. 70 В процессе конверсии природного газа участвуют СН 4 , Н 2 , Н 2 О, СО, СО 2 , т.е. 5 веществ. Элементы, из которых состоят эти вещества, С, Н и О, т.е. 3 элемента. Таким образом, количество расчетных уравнений составит 5 – 3 = 2. Учитывая, что эти уравнения должны включать все 5 веществ, запишем расчетные уравнения: СН 4 + Н 2 О = СО + 3Н 2 , (I) СО + Н 2 О = СО 2 + Н 2 . (II) Реакция (I) сильно эндотермическая (ΔН f,I = +206,4 кДж/моль), реакция (II) имеет небольшой экзотермический эффект (ΔН f,II = –41,0 кДж/моль). Следовательно, для проведения процесса конверсии природного газа требуется подвод тепла. В паровой и пароуглекислотной конверсии необходимое количество тепла подводится за счет сжигания топливного природного газа в межтрубном пространстве печей. В паровоздушной и парокислородной конверсии тепло для проведения процесса получают за счет горения некоторого количества технологического газа непосредственно в реакционной зоне печей. Для моделирования процесса конверсии необходимо составить и решить систему нелинейных уравнений, включающих уравнения материальных балансов и уравнение теплового баланса. Балансовые уравнения удобно составлять на 100 м 3 исходного газа, т.к. в этом случае объемная концентрация компонентов численно равна объему этого компонента в газовой смеси. жүктеу/скачать 4.76 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|