Stopnie swobody operacji jednostkowych ChemCAD Stopnie swobody operacji jednostkowych

Sprężarka Wykres h-s (i-s) Sprawność

Sprężarka

Sprężarka Stopnie swobody:

Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła

Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła Liczba stopni swobody: Strumień 11 to wlot / Strumień 17 to wylot

Wymiennik ciepła dwustronny

Wymiennik ciepła dwustronny Stopnie swobody: Parametry strumieni wlotowych oraz: Spadek ciśnienia strumienia procesowego Spadek ciśnienia strumienia pomocniczego Parametr bilansu cieplnego (zwykle temp. wylotowa s. proc.) Problem: zwykle nieznane natężenie przepływu czynnika pomocniczego. Rozwiązanie: zamiast określać F1 można przyjąć temp. wylotową czynnika pomocniczego. Natężenie przepływu wyliczone zostanie z modelu

Wymiennik ciepła dwustronny Zjawisko PINCHu Zanika siła napędowa procesu, np.: temp. wylotowa czynnika chłodzącego jest wyższa niż wlotowa ogrzewającego temp. wlotowa czynnika chłodzącego jest wyższa niż wylotowa ogrzewającego

Wymiennik ciepła

Reaktor stechiometryczny Zakładamy reakcję według poniższego równania: Mi - to symbol reagenta vi - to współczynnik stechiometryczny (ujemny dla substratów, dodatni dla produktów, zero dla inertów) MR substrat i jednocześnie składnik kluczowy. Stopień przemiany składnika kluczowego:

Reaktor stechiometryczny

Reaktor stechiometryczny Liczba stopni swobody: Trzeba podać dane strumienia wlotowego oraz trzy parametry, np.: zmianę ciśnienia, zapotrzebowanie ciepła stopień przemiany

Reaktor stechiometryczny Podaje się: Termiczny rodzaj reaktora wsp. stechiometryczne zmianę ciśnienia, stopień przemiany

Reaktor równowagowy (EREA) Podaje się: Ilość reakcji rodzaj obliczeń termicznych Sposób obliczeń Stopień konwersji – jak r. stechiometryczny Rodzaje reakcji – równoległe/następcze Podejście z przyrostem temperatury Podejście równowagowe Podaje się stałe równowag reakcji oraz względny stopień konwersji w odniesieniu do stanu równowagi

Reaktor równowagowy (EREA) Pi – produkty, Ri – substraty, xi , yi – zwykle wsp. stechiometryczne Dla reakcji konwersji CO i metanizacji stałe są dostępne JEDNOSTKI (zakładka More Specyfications)

Reaktor równowagowy (EREA)

Reaktor równowagowy (EREA)

Reaktor kinetyczny Podaje się: Ilość reakcji Typ reaktora (zbiornikowy/rurowy) Sposób obliczeń termicznych Cel obliczeń JEDNOSTKI (More Specyfications) Parametry kinetyczne reakcji

Reaktor kinetyczny zbiornikowy

Reaktor rurowy (przepływ tłokowy)

Obliczane są Temperatura/zapotrzebowanie ciepła Objętość reaktora/stopień przereagowania

Kinetyka reakcji Standardowa: Niestandardowa równanie Arrheniusa Równanie Langmuira-Hinselwooda – reakcja z katalizą heterogeniczną Niestandardowa Tworzy się własne równanie Parametry zapisywane w plikach .xls i .bas

Reaktor Gibbsa Do obliczeń bilansu masowego i cieplnego Natężenia przepływu produktów, skład, warunki termiczne obliczane z minimalizacji energii Gibbsa Dla typowych związków wystarczy podać parametry zasilania Nie trzeba podawać stechiometrii!!!! Należy wyszczególnić INERTY Obliczany jest hipotetyczny stan równowagi Szczególnie użyteczny przy obliczeniach spalania i wytrącania

Reaktor Gibbsa

Reaktor okresowy (Batch) Jest elementem dynamicznym Wsad stanowi stan początkowy Obliczenia z wykorzystaniem kinetyki reakcji

Technologia- ilość stopni swobody instalacji

Technologia- ilość stopni swobody instalacji Obliczyć można odejmując od sumy stopni swobody wszystkich aparatów stopnie swobody strumieni wewnętrznych.

Technologia- łączenie operacji Wielofunkcyjny rozdzielacz – obejmuje rozdzielacz, wymiennik ciepła i regulator ciśnienia (zawór, kompresor) Uwaga: tracimy informacje o strumieniach pomocniczych Liczba stopni swobody wielofunkcyjnego rozdzielacza wynosi (nc+2)+2

Analiza czułości Pozwala przeanalizować wpływ zmian parametru na działanie aparatu/instalacji Parametrem może być jeden ze stopni swobody aparatu parametr strumienia Definiuje się Parametr(y) modyfikowany, zakres modyfikacji i ilość kroków Parametr(y) zapisywane

Analiza czułości Utworzenie analizy czułości: Menu: Run/Sensitivity Study/New Analysis Podanie nazwy analizy Dane parametru zmienianego (Adjusting) Typ (Equipment/Stream) ID Nazwa (wystąpi na wykresach) Parametry zapisywane (Recording)

Recykle strumieni w instalacji Jeżeli w instalacji występuje recyrkulacja strumienia nie można przeprowadzić wprost obliczeń sekwencyjnych Konieczne jest (wykonuje to symulator) Przerwanie strumienia (Cut stream) Wstawienie modułu zbieżności Określenie sekwencji obliczeń Nadanie przerwanemu strumieniowi startowych wartości parametrów Prowadzenie obliczeń i przerwanie w momencie uzyskania zbieżnego rozwiązania

Recykle strumieni w instalacji Przykładowa technologia Mieszalnik Reaktor Rozdziel. strumieni Odpow. Produkt Surowiec Uniwersalny Rozdziel faz Flash

Recykle strumieni w instalacji Przykładowa technologia Mieszalnik Recykl Reaktor Moduł zbieżności Rozdziel. strumieni Odpow. Produkt Surowiec Uniwersalny Rozdziel faz Flash

Recykle strumieni w instalacji Stosowane metody: Podstawienie bezpośrednie Metoda Wegsteina Metoda dominującej wartości własnej (DEM)

Recykle strumieni w instalacji Podstawienie bezpośrednie x* - rozwiązanie dokładne Zbieżność metody jest liniowa:

Recykle strumieni w instalacji Metoda Wegsteina Oznaczmy: Dysponując wynikami dla dwóch kroków

Recykle strumieni w instalacji Metoda Wegsteina Zakładając liniową zmianę błędu kolejna przybliżenie można obliczyć:

Recykle strumieni w instalacji Metoda Wegsteina W praktyce stosuje się równanie: Gdzie granice q określa się w okienkach: Wegstein lower bound" i “Wegstein upper bound".Im bardziej ujemna wartość q tym metoda bardziej przyspiesza jest jednak wówczas bardziej niestabilna Delay Factor określa częstość użycia metody w obliczeniach

Recykle strumieni w instalacji Metoda dominującej wartości własnej (DEM) Gdzie a to wsp. tłumienia, miedzy 1 a 0 (domyślnie 0,7). Delay Factor określa częstość użycia metody w obliczeniach

Recykle strumieni w instalacji Ubogi Wzbogacony GAZ ZASILAJĄCY Gaz oczyszczony Odpow. Uzupełnienie Iteracja bezpośrednia: 10 cykli obliczeniowych Metoda Wegsteina: 5 cykli obliczeniowych DEM: : 7 cykli obliczeniowych

Aparat złożony: kolumna

skraplacz Półka zasilana kocioł Kolumna destylacyjna Częśc. skropl. Całk. skropl. Zasilanie Produkt dolny Zasilanie 2 Zasilanie 1 Produkt górny Kolumna absorpcyjna (Kolumna ekstrakcyjna) skraplacz Półka zasilana kocioł

Model półki uniwersalnej j - ta półka

Dekompozycja modelu półki Mieszalnik Rozdzielacz Równowaga Uniwersalny rozdzielacz faz Boczny odbiór par z półki Boczny odbiór cieczy z półki

Stopnie swobody półki Dla modułowych obliczeń sekwencyjnych zdefiniować należy strumienie wlotowe (zasilanie, zasilanie fazą ciekłą, zasilanie fazą gazową ) oraz parametry aparatu, zazwyczaj parametry rozdziału w rozdzielaczach (2), ciśnienie w układzie (1) oraz zapotrzebowanie ciepła (1).

Stopnie swobody kolumny Zdefiniujmy dla kolumny całkowita ilość półek: nt całkowita ilość strumieni zasilających: nf całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy ciekłej: nsl całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy gazowej: nsv całkowita ilość stopni ogrzewania: nq

Stopnie swobody kolumny Suma stopni swobody półek: Liczba strumieni wewnętrznych Liczba stopni swobody kolumny

Stopnie swobody kolumny Parametry strumieni zasilających liczba parametrów opisujących obiekty – półki: upustowe strumienie boczne ciekłe upustowe strumienie parowe, strumienie ciepła, Ciśnienia panujące na półce Opisuje półki skrajne: na pierwszej półce nie ma strumienia dolotowego cieczy – skład destylatu na ostatniej półce nie ma strumienia dolotowego par – skład wywaru

Stopnie swobody kolumny Jako, że faktyczna liczba półek zasilanych nf jest zwykle mniejsza niż suma półek, definiuje się Pozostałe (nt-nf) są definiowane automatycznie

Stopnie swobody kolumny Definiować należy tylko istniejące strumienie boczne: nsl i nsv pozostałe (2nt-(nsl + nsv)) zostaną wprowadzone automatycznie Zakładamy, że zdefiniować musimy tylko istniejące zapotrzebowania ciepła, nq, pozostałe nt-nq zostaną wprowadzone automatycznie. Ostatnim parametrem półek jest ciśnienie i jego wartości należy wstępnie oszacować.