КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Математические модели процессов в реакторе
Лекция от 14.03.13 Вопрос 5. Понятие прокурорского надзора и его особенности Вопрос 4. Цели, стоящие перед органами прокуратуры и основные направления деятельности органов прокуратуры Вопрос 6. Надзор прокуратуры за исполнением законов (общий надзор) Нормативная основа: статьи 21-25.1 ФЗ «О прокуратуре», а также различные приказы Ген. прокурора РФ. Данное направление надзора является наиболее сложным, так как распространяется на значительный круг поднадзорных субъектов и включает в себя надзор за исполнением практически всех отраслей российского законодательства. Предмет надзора: 1) Соблюдение Конституции РФ и исполнения законов следующими поднадзорными субъектами: федеральными министерствами, государственными комитетами, службами и иными федеральными органами исполнительной власти. 2) органами законодательной (представительной) и исполнительной власти субъектов РФ. 3) органами местного самоуправления 4) органами военного управления 5) органами контроля 6) должностными лицами всех вышеперечисленных органов 7) органами управления и руководителями коммерческих и некоммерческих организаций 8) субъектами осуществления общественного контроля за обеспечением прав человека в местах принудительного содержания.
2) законность правовых актов, издаваемых всеми вышеперечисленными поднадзорными субъектами. Основания для проведения прокурорской проверки является поступившая в прокуратуру информация о фактах нарушения закона, требующая принятия мер прокурором. Это могут быть направленные в прокуратуру жалобы граждан, материалы проверок контролирующих органов, публикации в средствах массовой информации и иные обращения, для проверки поступившей информации прокуроры наделены определенными полномочиями: а) по предъявлению служебного удостоверения проверяющий прокурор в праве проходить на территорию и в помещения подконтрольных субъектов, а также требовать для ознакомления любые необходимые документы Рассмотрим методику построения математического описания (модели) процесса в реакционной зоне реактора. Общая схема построения имеет следующий вид: 1. Выяснение структуры потоков и представление ее полной схемой, близкой к установленной реальной картине переноса вещества и тепла. 2. Выделение в этой схеме объема, в котором можно принять параметры, характеризующие состояние фазы (температура, концентрация, теплосодержание) постоянными (назовем его элементарным объемом). Часто можно принять и скорость химического превращения постоянной в этом объеме. 3. Определение процессов в этом объеме и входящих и выходящих потоков. Считаем, что закономерности этих составляющих процессов известны, либо их надо определить расчетным или экспериментальным путем. 4. Составление уравнений материального и теплового балансов, имеющих структуру: , (1) , (2) где Ni, q – количество i- го вещества и тепла в элементарном объеме; SNi внеш, Sqi внеш – потоки i -го вещества и тепла, входящие в элементарный объем и выходящие из него (внешние потоки); SNi ист, Sqi ист – скорости образования i -го вещества и выделения тепла источники внутри объема. Входящие и выходящие потоки включают: - потоки гидродинамические (конвективные) SNi конв. Sqi конв.; - потоки за счет явлений диффузионного типа SNi диф. и Sqi диф.; - потоки за счет межфазного контакта и теплопередачи к стенке (обмен с другой фазой) SNi фаз, Sqi фаз. SNi внеш = SNi конв + SNi диф + SNi фаз (3) Sqi внеш = Sqi конв + Sqi диф + SNi фаз (4) При этом принимают, что входящие в объем потоки положительны, выходящие – отрицательны. Внутренние источники тепла и вещества – это изменение тепла и вещества, в основном за счет химических реакций. Учитывая, что скорости реакций и превращений относятся к единицы реакционного объема, можно записать SNi ист = Wi (c,T) dVp (5) Sqi ист = SQpj rj(c,T) dVp (6) где Wi – скорость химической реакции по i компоненту; Qpj – тепловой эффект j –той стадии химической реакции; j – номер стадии реакции (в случае сложной схемы реакции); rj – скорость j –той стадии химической реакции; dVp – элементарный объем. Левые части уравнений (1) и (2) описывают искомые вещества и количество тепла в элементарном объеме. Уравнения материального и теплового балансов записывается для каждого вещества. Кроме того уравнения (1) и (2) записываются для каждой фазы. К уравнениям (1) и (2) необходимо добавить начальные и граничные условия. Эти уравнения с начальными и граничными условиями представляют собой математическое описание, или модель процесса. Структура уравнений отражает все происходящие явления. Значения коэффициентов, как правило, при этом определены, если установлены составляющие процесса и получены их количественные закономерности. Построим математические модели для процессов с различными режимами движения потоков. Будем рассматривать реакции, протекающие без изменения объема реакционной смеси и с постоянными теплофизическими свойствами и параметрами тепло и массопереноса, что позволит представить методику построения моделей без усложнения выкладок. Реактор с полным перемешиванием реагентов без потока вещества через него (непроточный РИС-п) «Реактор» (или режим) идеального смешения периодический (PИC – п). В реакционной зоне этого реактора С и Т (концентрация и температура) одинаковы по всему объему, т.е. элементарным объемом будет объем всего реактора dVp= Vp. Отсутствие потока через реактор означает, что S Niвнеш = 0. Тогда . (7) Количество вещества Ni = VpCi, так что , . (8) Для расходуемых веществ Wi (C,T) < 0 и концентрация со временем уменьшается для продуктов со скоростью реакции Wi(C,T) > 0 Ci для них растет. Для уравнения теплового баланса Sqi внеш определяется только потоками тепла к нагревателю или холодильнику через стенку теплообменника, т.е. , (9) где KT – коэффициент теплопередачи; FT – площадь поверхности теплообмена; Tx – температура хладагента или нагревателя. Количество тепла в реакторе определим: q = Vp Cp T, (10) где Cp – теплоемкость реакционной смеси, тогда . (11) Используя соотношения (9) – (11) из (2) получим: . (12) Начальные условия заданы концентрацией реагентов и температурой в начальный момент процесса, т.е. при t = 0 T = T0. (13) Для дифференциальных уравнений первого порядка (8) и (12) для полного описания задачи требуется два дополнительных условия (13). Таким образом, система уравнений (8), (12), (13) становится замкнутой, т.е. является систематическим описанием процесса в РИС – п. Реактор идеального смешения проточный (непрерывный) (РИС –н)
Если через реактор с полным перемешиванием реагентов есть поток реагентов (система открытая), то возможно установления стационарного состояния, не зависящего от времени, как и в предыдущем случае dVp = Vp. В реактор входят вещества v0 ×Ci 0 и выходят v0 ×Ci (v0 - расход вещества). Других потоков через реактор нет, так что . (14) Тогда (1) примет вид (15) или , (16) где - среднее время пребывания в реакционной смеси в зоне реакции.
Отметим, что t определено только через отношение объема к скорости потока и не соответствует физическому времени пребывания реакционной смеси в реакторе. например скорость потока (объемная), как правило определяется при нормальных (или стандартных) условиях, отличных от текущих условий в реакторе. В реактор входит количество тепла с потоком v0 CPT0, выходит с потоком v0 CPT (это конвективная составляющая) и отводится тепло через теплообменную поверхность (17)
Используя принятые выше обозначения, . (19) Если отвода тепла нет, то последнее слагаемое в уравнении в уравнении (19) отсутствует. Начальные условия заданы концентрацией реагентов и температурой в момент начала процесса (входная величина C0j, T0) t=0 Cj = C0j; T =T0 (20) Система уравнений (16), (19), (20) замкнута и представляет математическое описание процесса в РИС-н В случае стационарного режима, т.е. когда
система уравнений (16), (19) преобразуется в систему алгебраических уравнений. Для ее решения не требуется дополнительных условий. Модели идеального смещения соответствуют процессам, происходящим в цилиндрических аппаратах со сферическим дном в условиях интенсивного перемешивания при наличии отражательных перегородок.
Модель идеального вытеснения (РИВ). Зона потока соответствует модели идеального вытеснения, если в поперечном сечении происходит идеальное перемешивание, а в продольном (осевом) направлении перемешивание полностью отсутствует. На практике этому условию в первом приближении удовлетворяют трубчатые аппараты. Основным свойством зоны идеального вытеснения, является то, что состояние вещества потока зависит в ней от пространственной координаты – расстояния от входа в зону, поэтому модель зоны идеального вытеснения относится к моделям с распределенными параметрами. Если в реакторе отсутствует полное перемешивание потока, то концентрация и температура меняются по его объему. Поэтому за элементарный объем будет часть реакционной зоны толщиной dℓ и сечением S. Его объем δVP = Sdℓ. В этот объем входит вещество v 0 × C и выходит v 0 × (C+dC). Других потоков нет, так что ∑Ni внеш = ∑Ni конв = v 0 × C – v 0 × (C-dC) = - v 0 × dC. (21) Уравнение (1) примет вид: . (22) Поскольку Ni = Ci dVP = Ci S∙dℓ, (23) то после подстановки (23) в (22) несложно получить , (24) где - линейная скорость потока.
Тепловой поток через элементарный объем состоит из конвективной составляющей åq конв =v0 CP T – v0 CP (T + dT) = -v0 CP dT (25) потока тепла, через стенку поверхностью dFT (поскольку и обмен дифференциально малый) åq фаз = KT dFT (T-TX) Уравнение (2) примет вид: . (26) Поскольку q = dVP × CPT = S × dℓ CPT, следовательно:
Определим удельную поверхность теплообмена . (27) Тогда уравнение (25) преобразуется к следующему виду: Чтобы решить систему двух дифференциальных уравнений (24), (27), т.е. замкнуть систему дифференциальных уравнений нужны два дополнительных условия. Ими будут условия на входе в реактор при r = 0 (ℓ = 0) Ci = Ci0 T = T0 (28) Система уравнений (24), (27), (28) – систематическое описание (модель) процесса РИВ
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 806; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |