Презентация на тему: Лекция 3

Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Структура математической модели химического реактора Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Уравнение материального баланса Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Конвективные потоки Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Диффузионные потоки Лекция 3 Лекция 3 Химический перенос Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Итоговый общий вид уравнения материального баланса по веществу J Лекция 3 Классификация химических реакторов Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Реактор идеального смешения Лекция 3 Лекция 3 Лекция 3 Периодический реактор идеального смешения Лекция 3 Лекция 3 Проточный реактор идеального смешения в стационарном режиме Лекция 3 Лекция 3 Среднее время пребывания – характеристика размеров реактора, а не времени Лекция 3 Графическое представление уравнения материального баланса для проточного реактора идеального смешения
1/57
Средняя оценка: 4.3/5 (всего оценок: 35)
Скачать (397 Кб)
Код скопирован в буфер обмена
1

Первый слайд презентации: Лекция 3

© М.Г. Беренгартен

2

Слайд 2

Анисимова Наталья Анатольевна 2,5 Журавлева Диана Андреевна 1,5 Касаткина Анастасия Сергеевна 2 Ковалев Максим Григорьевич 2 Масютина Стефания Евгеньевна 2 Мацнева Екатерина Николаевна 1,5 Павлов Александр Васильевич 9 Горючев Роман Витальевич 2 Вирозуб Александра Евгеньевна 4

3

Слайд 3

Асташева Ксения Сергеевна 1* Василенко Анна Павловна 1* Дзуцев Олег Дмитриевич 2,5 Евдокимова Юлианна Витальевна 1* Кольцова Елена Сергеевна 3 Панин Андрей Александрович 3 Сальников Николай Александрович 3,5 Грищенко Анна Алексеевна 2

4

Слайд 4

Барычева Анастасия Алексеевна 9,5 Бойко Артем Викторович 7,5 Вознюк Анна Сергеевна 2,5 Медовникова Е.В. 1* Фадеев Александр Сергеевич 3 Цейтин Георгий Станиславович 1

5

Слайд 5

Острик Надежда Николаевна 2 Раздорских Анастасия Юрьевна 2 Сисюкина Марию Владимировна 2 Свирская А.Г. 2,5

6

Слайд 6

Моделирование химических реакторов

7

Слайд 7: Структура математической модели химического реактора

Структура модели реактора должна строиться на особенностях протекающего в нем химического процесса. Химический процесс – единство химической реакции и процессов переноса теплоты, массы и импульса).

8

Слайд 8

Размерность модели – число входящих в нее уравнений или иных математических структур. Чем выше размерность, тем модель точнее, но и сложнее. Модель высокой размерности практически невозможно решить (произвести на ее основе точный расчет).

9

Слайд 9

Для понижения размерности целесообразно объединить в одном уравнении несколько элементов химического процесса. Для этого удобно использовать фундаментальные законы. К ним, в частности, относятся законы сохранения – массы и энергии.

10

Слайд 10

Закон сохранения массы учитывает все изменения, которые происходят с веществом в ходе процесса в силу разных причин – и протекающей химической реакции, и переноса вещества в пространстве (вследствие переноса импульса) и вследствие диффузионного массопереноса. Аналогично закон сохранения энергии учитывает все изменения, сопровождающиеся выделением, поглощением или рассеиванием теплоты (энергии).

11

Слайд 11

Основа математической модели реактора – балансовые уравнения. Баланс составляют для некоторого промежутка пространства и промежутка времени.

12

Слайд 12

Примем, что элементарным промежутком пространства является такой объем  V, выделенный внутри реактора, в пределах которого можно пренебречь неравномерностью распределения концентраций и температуры. Элементарный объем неподвижен относительно аппарата и не передвигается вместе с реакционным потоком. В общем случае элементарный объем  V бесконечно мал во всех измерениях.

13

Слайд 13

Элементарным промежутком времени  является такой, в течение которого можно пренебречь изменениями концентрации и температуры внутри элементарного объема  V.

14

Слайд 14: Уравнение материального баланса

Для анализа хода химического процесса выбирают одно или несколько ключевых веществ J и выясняют все изменения которые с ним происходят в результате процессов переноса (конвективного, диффузионного и химического). Баланс составляется для элементарного промежутка времени , в ходе которого может произойти положительное или отрицательное накопление этого вещества в объеме  V.

15

Слайд 15

16

Слайд 16

Судить о ходе процесса можно по изменению количества или концентрации вещества J ( C J ), которая в общем случае является функцией четырех переменных с J = с J ( x, y, z,  )

17

Слайд 17

 n J,i = 0  n J, конв. +  n J, диф. +  n J, х.р. =  n J, нак.

18

Слайд 18

От сложного к простому. Принимаем элементарный объем бесконечно малым dV = dx · dy · dz и элементарное время также бесконечно малым d 

19

Слайд 19: Конвективные потоки

Вход вещества J с потоком, перемещающимся со скоростью ū В направлении оси z через грань dxdy за время d  войдет C J u Z dxdyd  моль вещества J. В направлении оси y: C J u y dxdzd  В направлении оси х: C J u x dzdyd 

20

Слайд 20

Всего войдет в элементарный объем c J ( u Z dxdy + u X dydz + u y dxdz ) d 

21

Слайд 21

При перемещении через элементарный объем при изменении координаты произойдет изменение концентрации вещества J и изменение скорости (суммарно – изменение импульса единицы объема), т.к. в общем случае и концентрация, и скорость неравномерно распределены в пространстве

22

Слайд 22

Выйдет из элементарного объема через каждую грань то, что было плюс приращение (положительное или отрицательное) Приращение функции f ( j ) при изменении аргумента j равно

23

Слайд 23

Составляющие по осям

24

Слайд 24

Так как и

25

Слайд 25

Суммарно по всем осям изменение количества вещества J в результате конвективного переноса (переноса импульса) составит

26

Слайд 26

Или при условии, что для несжимаемой жидкости дивергенция вектора скорости равна 0

27

Слайд 27: Диффузионные потоки

Диффузионный поток на входе в параллелепипед через грань dxdy (в направлении оси z ) в соответствии с первым законом Фика равен

28

Слайд 28

Соответственно при изменении координаты z (на выходе через противоположную грань) получим

29

Слайд 29

Изменение количества вещества J в результате диффузионного переноса через все грани параллелепипеда за время d  составит

30

Слайд 30: Химический перенос

Расход вещества на химическую реакцию (или его образование в ходе химической реакции) внутри элементарного объема dV за элементарный промежуток времени d  пропорционален скорости реакции w rJ (она определяется концентрацией C J, установившейся внутри элементарного объема), объему dV и времени d  :  n J,х.р = - w r J dVd 

31

Слайд 31

В соответствии с формальным правилом о знаках при составлении кинетических уравнений  n J,х.р положительно, если вещество J - реагент, и отрицательно, если J - продукт. Поэтому для сохранения физического смысла в уравнение материального баланса член  n J,х.р должен всегда входить со знаком минус.

32

Слайд 32

 n J, конв. +  n J, диф. +  n J, х.р. =  n J, нак. Накопление (в правой части уравнения) может произойти в результате приращения концентрации С J при изменении времени на величину d . Это изменение концентрации равно

33

Слайд 33

Накопление вещества в элементарном объеме dV будет пропорционально величине объема и составит

34

Слайд 34: Итоговый общий вид уравнения материального баланса по веществу J

или

35

Слайд 35

36

Слайд 36: Классификация химических реакторов

Признаки классификации режим движения реакционной среды (гидродинамическая обстановка в реакторе, или условия перемешивания реагентов); условия теплообмена в реакторе; способ организации теплообмена; фазовый состав реакционной смеси; способ организации процесса; характер изменения параметров процесса во времени; конструктивные характеристики

37

Слайд 37

режим движения реакционной среды (гидродинамическая обстановка в реакторе, или условия перемешивания реагентов); идеальное смешение (глобальное перемешивание) идеальное вытеснение (локальное перемешивание) реальные гидродинамические условия

38

Слайд 38

2) условия теплообмена в реакторе адиабатические - нет теплообмена с окружающей средой; изотермические – теплообмен с окружающей средой полностью компенсирует все тепловые эффекты промежуточный режим теплообмена

39

Слайд 39

3) способ организации теплообмена Внешний теплообмен Внутренний теплообмен

40

Слайд 40

4) фазовый состав реакционной смеси Гомогенные Гетерогенные (гетерофазные)

41

Слайд 41

5) способ организации процесса Непрерывнодействующие (непрерывные) Периодические Полупериодические (полунепрерывные)

42

Слайд 42

6) характер изменения параметров процесса во времени Стационарные Нестационарные

43

Слайд 43

7) Конструктивные характеристики емкостные реакторы (автоклавы; реакторы-камеры; вертикальные и горизонтальные цилиндрические конверторы и т.п.); колонные реакторы (реакторы-колонны насадочного и тарельчатого типа); каталитические реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем катализатора; полочные реакторы); реакторы-теплообменники; реакторы типа реакционной печи (шахтные, полочные, камерные, вращающиеся печи) ….

44

Слайд 44

Реакторы для проведения изотермических гомогенных процессов с идеальной структурой потока

45

Слайд 45: Реактор идеального смешения

Допущения идеального смешения 1.

46

Слайд 46

2.

47

Слайд 47

3. В проточном реакторе идеального смешения концентрации участников реакции в выходном потоке в рассматриваемый момент времени  i строго равны концентрациям тех же веществ внутри реактора. Следствие. Переход от одной концентрации к другой в реакторе идеального смешения не должен иметь протяженности во времени (т.е. изменение концентрации исходного реагента от начальной С J,0 во входном потоке в данный момент времени должно происходить мгновенно (скачкообразно)

48

Слайд 48

49

Слайд 49: Периодический реактор идеального смешения

50

Слайд 50

51

Слайд 51

52

Слайд 52: Проточный реактор идеального смешения в стационарном режиме

53

Слайд 53

54

Слайд 54

55

Слайд 55: Среднее время пребывания – характеристика размеров реактора, а не времени

56

Слайд 56

57

Последний слайд презентации: Лекция 3: Графическое представление уравнения материального баланса для проточного реактора идеального смешения

Похожие презентации

Ничего не найдено