ChemCAD

ChemCAD
Stopnie swobody operacji
jednostkowych
Sprężarka
Wykres i-s
Sprawność
Sprężarka
Równania
Bilans składników
Fi ,1  Fi , 2  0
Liczba równań
i  1,..., n c
nc
Liczba zmiennych
2nc
Różnica ciśnień
P2  P1  P
1
3
1
3
n  nc  2
m  2 nc  6
Bilans entalpii (dla 1 kmola gazu)
h 1  WA  h 2  0
lub (tylko jedno z równań jest niezależne)
A 
h 2,T  h1
h 2  h1
h j  h T j , Pj , z 1, j ,..., z nc, j 
gdzie
j  1,2
h 2,T  h 2.T Sz 1,1 ,..., z nc,1 , T1 , P1 , z 1, 2 ,..., z nc, 2 , T2 , P2 
nc
Fj   Fi , j
j  1,2
i 1
z i, j 
Fi , j
j  1,2
Fj
i  1,..., n c
Sprężarka
Stopnie swobody:
s  m  n  nc  4  nc  2  2
Tryb pracy
Rodzaj modelu
Specyfikacja parametrów
Kocioł/jednostronny
wymiennik ciepła
Równania
Liczba równań
Bilans składników
i  1,..., n c
Fi ,1  Fi , 2  0
nc
Liczba zmiennych
2nc
Spadek ciśnienia
P2  P1  P
1
3
1
3
Bilans entalpii
nc
nc
i 1
i 1
h 1   Fi ,1  h 2   Fi , 2  Q  0
Znak przy wartości Q (zapotrzebowanie ciepła) zależy od kierunku procesu
Zawsze dodatni dla podgrzewaczy i ujemny dla chłodnic.
Zależności:
h j  h T j , Pj , z 1, j ,..., z nc, j 
nc
Fj   Fi , j
j  1,2
j  1,2
i 1
z i, j 
Fi , j
j  1,2
Fj
i  1,..., n c
n  nc  2
m  2 nc  6
Kocioł/jednostronny
wymiennik ciepła
Liczba stopni swobody:
s  m  n  nc  4  nc  2  2
Strumień 11 o wlot / Strumień 17 to wylot
Wymiennik ciepła
dwustronny
Równania
Liczba równań
Bilans skadników
Fi ,1  Fi , 2  0
i  1,..., n c
FiU,1  FiU, 2  0
i  1,..., n u
nc
Liczba zmiennych
2nc
nu
2nu
1
3
1
3
h 1   Fi ,1  h 2   Fi , 2  Q  0
1
3
h 1U   FiU,1  h 2U   FiU, 2  Q  0
1
2
Spadek ciśnienia
P2  P1  P
P2U  P1U  P U
Bilans entalpii
nc
i 1
nu
i 1
nc
i 1
nu
i 1
n  nc  nu  4
m  2  n c  n u   11
Wymiennik ciepła
dwustronny
Stopnie swobody:
s  m  n  nc  nu  7  nc  2  nu  2  3
Parametry strumieni oraz:
1. Spadek ciśnienia strumienia procesowego
2. Spadek ciśnienia strumienia pomocniczego
3. Parametr bilansu cieplnego (zwykle temp. wylotowa s. pr.)
Problem: zwykle nieznane natężenie przepływu czynnika pomocniczego.
Rozwiązanie: zamiast określać ten parametr 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
Reaktor
Reaktor
stechiometryczny
Zakładamy reakcję według poniższego równania:
1  M1  ...  R  M R  0
Mi - to symbol składnika
vi - to współczynnik stechiometryczny (ujemny dla
substratów, dodatni dla produktów, zero dla inertów)
MR substrat i jednocześnie składnik kluczowy.
Stopień przemiany składnika kluczowego:

FR ,1  FR , 2
FR ,1
Reaktor
Reaktor
stechiometryczny
Równania
Liczba równań
Liczba zmiennych
Bilans składników
Fi ,1  Fi , 2 
i
   FR ,1  0
R
i  1,..., n c
nc
2 nc 1
Zmiana ciśnienia
P2  P1  P
1
3
1
3
Bilans entalpii
nc
nc
i 1
i 1
h 1   Fi ,1  h 2   Fi , 2  Q  0
Jeśli właściwie obliczymy entalpię to równaniu bilansowym ciepło reakcji nie wystąpi w formie jawnej!
Zależności:
h j  h T j , Pj , z 1, j ,..., z nc, j 
nc
Fj   Fi , j
j  1,2
j  1,2
i 1
z i, j 
Fi , j
j  1,2
Fj
i  1,..., n c
n  nc  2
m  2 nc  7
Reaktor
stechiometryczny
Reaktor
Liczba stopni swobody:
s  m  n  nc  5  nc  2  3
Trzeba podać dane strumienia wlotowego oraz trzy
parametry, np.:
•zmianę ciśnienia,
•zapotrzebowanie ciepła
•stopień przemiany
Technologia- ilość stopni
swobody instalacji
Przykładowa technologia
Spręż.
Rozdziel. strumieni
Odpow.
Recykl
Mieszalnik
Surowiec
Kocioł grzewczy
Rozdzielacz faz
Odpr. cz. pomocniczego
Reaktor
Chłodnica
Dopr. cz. pomocniczego
Zawór
Produkt
Technologia- ilość stopni
swobody instalacji
Obliczyć można odejmując od sumy stopni swobody wszystkich aparatów
Stopnie swobody strumieni wewnętrznych.
Przykładowa technologia
Sprężarka
Rozdziel. strumieni
Kocioł grzewczy
Mieszalnik
Rozdzielacz faz
Reaktor
Chłodnica
Zawór
s  2  nc  4  nc  4  nc  5  nc  nu  7  nc  3  nc  2  nc  3  nc  4  8  nc  2
s  nc  nu  16  nc  2  nu  2  12
Technologia- łączenie operacji
Wielofunkcyjny rozdzielacz – obejmuje rozdzielacz, wymiennik ciepła
i zawór (regulator ciśnienia)
Przykładowa technologia
Przykładowa technologia
Sprężarka
Sprężarka
RecyklRecykl
Rozdziel. strumieni
Rozdziel. strumieni
Odpow.
Odpow.
Kocioł grzewczy
Mieszalnik
Surowiec
Uniwersalny Rozdziel faz
Surowiec
Rozdzielacz faz
Reaktor
Mieszalnik
Kocioł grzewczy
Uniwersalny Rozdziel faz
Flash
Odpr. cz. pomocniczego
Reaktor
Chłodnica
Zawór
Dopr. cz. pomocniczego
Produkt
Produkt
Uwaga: tracimy informacje o strumieniach pomocniczych
Liczba stopni swobody wielofunkcyjnego rozdzielacza wynosi nc+4
Analiza czułości

Pozwala przeanalizować wpływ zmian
parametru na działanie
aparatu/instalacji
– Parametrem może być
• jeden ze stopni swobody aparatu
• parametr strumienia
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
Prowadzenie obliczeń i przerwanie w momencie
uzyskania zbieżnego rozwiązania
Recykle strumieni w instalacji
Przykładowa technologia
Rozdziel. strumieni
Odpow.
Moduł zbieżności
Recykl
Surowiec
Mieszalnik
Reaktor
Uniwersalny Rozdziel faz
Flash
Produkt