Синтез химико- технологической системы (стр. 3 из 6)
Элементы матрицы соответствуют стехиометрическим коэффициентам, причем коэффициент будет отрицательным, если вещество расходуется и положительным, если вещество образуется.
| А | B | C | |
| I | -2 | -1 | 2 |
Скорость по i-му компоненту будет представлять собой сумму компонентов i – го столбца.
vA= -2wI
vB= -wI
vC= 2wI
vD= wII
Математическое описание:
К этой системе необходимо добавить уравнение теплового баланса:
,где λ1=q/Cp – коэффициенты адиабатического разогрева.
Модель вытеснения можно применять для технических реагентов при проектировании жидкофазных трубчатых реакторов с большим отношением, длины трубы к его диаметру. Такие реакторы широко применяются в производствах органических веществ. К режиму вытеснения относят по газовой фазе полочные контактные аппараты с фильтрующими слоями катализатора, шахтные печи и конверторы.
Значительная часть применяемых в промышленности насадочных башен для взаимодействия газов с жидкостями работает при небольших скоростях газового потока и малых плотностях орошения.
1.6 Синтез оптимальных систем теплообмена
В наиболее традиционной постановке задача синтеза тепловых систем (ТС) формулируется следующим образом: имеются m горячих и n холодных технологических потоков, которые называют основными технологическими потоками. Для каждого из этих потоков заданы начальные температуры
и 
, конечные температуры 
, 
и значения водяных эквивалентов (произведение расхода на удельную теплоемкость) 
, 
. Здесь 
. Индексы "г" и "х" относят соответствующую величину к горячему и холодному потокам.Необходимо определить структуру технологических связей между теплообменными аппаратами заданного типа, а также же площади поверхностей теплообмена каждого аппарата, которые обеспечивали бы заданные начальные и конечные температуры основных технологических потоков при минимально возможном значении приведенных технологических затрат 3пр, связанных с эксплуатацией синтезируемой ТС.
Для решения задачи синтезируемую ТС разделяют на две подсистемы: внутреннюю (рекуперативную), где в теплообмене участвуют только основные технологические потоки; и внешнюю, где при теплообмене используется вспомогательные теплоносители (вспомогательные технологические потоки) и вспомогательные теплообменники, осуществляющие теплообмен между основными и вспомогательными технологическими потоками.
При этом внешняя подсистема используется только тогда, когда во внутренней подсистеме не удается получить заданные конечные температуры.
Приведенные технологические затраты, связанные с эксплуатацией синтезируемой ТС, могут быть выражены следующим образом:
- затраты на рекуперативные теплообменники, руб; 
- затраты на вспомогательные теплообменники, руб; 
- затраты на вспомогательные теплоносители, руб; 
- нормативный коэффициент эффективности ( = 0,12).Если во внутренней подсистеме используются К1 теплообменных аппаратов, а во внешней –
, то: 
При расчете стоимости i - го теплообменника любой подсистемы в данной работе используется зависимость
где F - площадь поверхности теплообмена соответствующего i- го теплообменника, м2
а - стоимостной коэффициент, зависящий от типа теплообменника. Затраты на вспомогательные теплоносители определяются по формуле:
Где
- продолжительность годовой эксплуатации системы ч/год; 
- стоимость i - го вспомогательного теплоносителя, 
- расход p- го вспомогательного теплоносителя в 1- м вспомогательном теплообменнике, кг/ч.При синтезе ТС используются формулы:
где Q - тепловая нагрузка теплообменника; k- соответствующий коэффициент теплопередачи.
Средняя разность температур для теплообменника:
где
и 
- разности температур на концах теплообменника.Тепловая нагрузка теплообменника, или количество тепла, переданное в одном аппарате, определяется на основе концепции передачи максимально возможного тепла при минимально допустимой разности температур на концах теплообменника
Если (
)<0, то теплообмен невозможен.
; 
Задача синтеза решается путем формирования множества возможных комбинаций исходных горячих и холодных потоков для проведения физически реализуемых операций теплообмена в теплообменном аппарате. для этой цели строят таблицу пар взаимодействующих потоков исходя из условия Q
max. Из таблицы пар выбирается пара потоков, вступающих во взаимный теплообмен. Если в результате теплообмена данные потоки достигли заданных конечных температур, то они исключаются из рассмотрения. Иначе, начальным температурам этих потоков присваиваются значения конечных температур результирующих потоков, после чего таблица пар перестраивается, и выбирается новая пара потоков. Данная операция производится до тех пор, пока не останется потоков, способных вступать во взаимный теплообмен, или все потоки достигнут требуемых конечных температур. При необходимости для достижения заданных конечных температур в теплообменных системах используются вспомогательные тепло - и хладагенты. Таким образом, задача синтеза является многоэтапной задачей, в которой на каждом этапе осуществляется выбор пары потоков, вступающих во взаимный теплообмен. 2.1 Расчет k0 и E в уравнении Аррениуса с использованием метода наименьших квадратов
Расчет проводился на основе данных из Приложения 1 в программе, написанной в Visual Basic.
Код программы:
Option Explicit
Dim z As Integer
Dim i As Integer
Dim s1 As Single
Dim s2 As Single
Dim s3 As Single
Dim s4 As Single
Dim a As Single
Dim b As Single
Dim k0 As Single
Dim e As Single
Dim t() As Single
Dim k() As Single
Dim kr() As Single
Dim eps() As Single
Dim x() As Single
Dim y() As Single
Private Sub Command1_Click()
z = InputBox("Введите количество опытов", "Ввод экспериментальных данных")
MSFlexGrid1.Rows = z + 1
ReDim t(z) As Single
ReDim k(z) As Single
ReDim kr(z) As Single
ReDim eps(z) As Single
For i = 1 To z
MSFlexGrid1.Row = i
MSFlexGrid1.Col = 1
t(i) = Val(InputBox("Введите параметр T 'C", "Ввод экспериментальных данных"))
MSFlexGrid1.Text = CStr(t(i))
MSFlexGrid1.Col = 2
k(i) = Val(InputBox("Введите параметр K", "Ввод экспериментальных данных"))
MSFlexGrid1.Text = CStr(k(i))
Next i
Command2.Enabled = True
Command2.Visible = True
End Sub
Private Sub Command2_Click()
ReDim x(z) As Single
ReDim y(z) As Single
For i = 1 To z
x(i) = 1 / (t(i) + 273)
y(i) = Log(k(i))
Next i
s1 = 0
s2 = 0
s3 = 0
s4 = 0
For i = 1 To z
s1 = s1 + x(i)
s2 = s2 + x(i) * x(i)