Основные математические модели процессов в химических реакторах. Химическое производство - Реферат

Особенностью современного развития технологий является переход к целостным технолого-экономическим системам высокой эффективности, охватывающим производственный процесс от первой до последней операции и оснащенным прогрессивными техническими средствами.В качестве таких признаков (критериев) наиболее часто принимаются: фазовое состояние реагентов, характер операций питания реагентами и удаления продуктов реакции, режим движения реакционной среды, тепловой режим, конструктивные особенности. 2) По характеру операций питания (загрузки) реагентами и удаления (выгрузки) продуктов реакции различают реакторы: а) периодического действия. Реакторы непрерывного действия и(ли с установившимся потоком) имеют непрерывное питание реагентами и непрерывное удаление продуктов реакции. Реакторы с установившимся потоком являются наиболее экономичными для переработки больших количеств продуктов или при реакциях, протекающих с высокими скоростями. Реакторы полупериодического действия (или с неустановившимися потоками) характеризуются различными вариантами питания и удаления продуктов реакции (например, реагенты подаются периодически при непрерывном удалении продуктов реакции, или один реагент поступает периодически, а другой непрерывно).Уравнение такой модели записывают в виде математического выражения, характеризующего изменение концентрации в реакционной среде во времени, которое обусловливается, во-первых, движением потока (гидродинамический фактор) и, во-вторых, химическим превращением (кинетический фактор). Поэтому указанную модель следует строить на основе типовой модели идеального перемешивания с учетом скорости химической реакции, т.е. записать изменение концентрации как алгебраическую сумму: (1) где ?r - скорость химической реакции. Аналогичных уравнений записывают столько, сколько веществ участвует в реакции. При установившемся режиме работы реактора, который характеризуется соблюдением условия , уравнение (2) можно записать так: Уравнение (3) является статической моделью химического реактора идеального перемешивания в общем виде. Решая системы из уравнений (3) можно найти основные параметры, характеризующие работу и экономичность химических реакторов данного типа: время пребывания исходного вещества в реакторе ?, от величины которого зависит объем аппарата (чем меньше ?, тем меньше V); изменение концентрации исходного вещества во времени; а также концентрации целевых и побочных продуктов.Следовательно, в общем виде такое математическое описание, построенное на основе типовой модели идеального вытеснения с учетом влияния скорости химической реакции, должно быть представлено алгебраической суммой: Аналогичные уравнения записывают для всех участвующих в реакции веществ.В промышленной практике по технологическим соображениям нередко требуется обеспечить полное перемешивание и такую степень завершения процесса, которую в единичном реакторе достигнуть невозможно.Производственные процессы в химической промышленности могут существенно различаться видами сырья и продукции, условиям их проведения, мощностью аппаратуры и т. д. Однако при всем многообразии конкретных процессов современное химическое производство имеет одно общее: это сложная химико-технологическая система, состоящая из большого числа аппаратов и разнообразного оборудования (узлов) и связей (потоков) между ними. При этом под химико-технологической системой (ХТС) понимается совокупность всех процессов и средств для их проведения с целью получения продукта заданного качества и в требуемом количестве. Это определяет их сложность, большое число параметров, многочисленность связей между ними и взаимное влияние параметров друг на друга внутри ХТС. Эффективное функционирование химического производства как ХТС предполагает решение ряда задач, как на стадии проектирования, так и на стадиях строительства предприятия и его эксплуатации.Химико-технологические процессы играют важную экономическую роль в народном хозяйстве страны, так как лежат в основе производства важнейших традиционных материалов: чугуна, стали, меди, стекла, цемента, химических волокон, пластмасс, каучука и резины, минеральных удобрений, бензина, кокса и новых видов сырья и материалов, заменяющих природные и применяющихся в различных отраслях промышленности. Эти процессы сходны с каталитическими по механизму ускорения химических реакций, которые с участием соответствующих возбудителей идут по иному пути, чем в их отсутствие. Возбудителями служат световые излучения (фотохимические процессы), ионизирующие излучения высокой энергии (радиационно-химические процессы) и биохимические катализаторы - ферменты микроорганизмов. В настоящее время применяется синтез различных белковых материалов в промышленных масштабах народного хозяйства, в основном микробиологическим синтезом, ферментными системами микроорганизмов, а также промышленное использование микробиологического синтеза белков из легких масел, нормальных парафинов, метанола, этанола, уксусной кислоты и других органических соединений, получаемых преимущественн

План

Введение

1. Математические модели химических реакторов

1.1 Математическая модель реактора идеального смешения

1.2 Математическая модель реактора идеального вытеснения

1.3 Математическая модель каскада реакторов идеального смешения

2. Организация химического производства

2.1 Химическое производство как система

2.2 Прогрессивные химико-технологические процессы

3. Моделирование химико-технологической системы

4. Организация ХТП

4.1 Выбор параметров процесса

5. Управление химическим производством

Заключение

Список использованной литературы