скачать (134.7 kb.)
- Смотрите также:
- Математическое моделирование в системе конечноэлементностных расчетов Femlab [ курсовая работа ]
- Дисциплина: Моделирование химико-технологических процессов [ документ ]
- " Моделирование систем на базе сетей с очередями" по дисциплине Моделирование систем Вариант 6 [ документ ]
- Бочкарев В.В. Оптимизация технологических процессов органического синтеза [ документ ]
- Математическое моделирование диффузионных процессов при химико-термической обработке [ реферат ]
- Работа №1 [ документ ]
- по дисциплине: моделирование и оптимизация технологических процессов. Тема - Исходная информация о внешнем виде и конструкции швейного изделия [ лабораторная работа ]
- Моделирование взаимосвязанных процессов средствами системы имитационного моделирования GPSS World [ лабораторная работа ]
- Отчет по расчетно-графической работе по дисциплине «Моделирование информационных процессов» [ документ ]
- по дисциплине: «Моделирование систем» Студент группы о-17-ист-итпк -б борищенков Д. А. Принял [ документ ]
- Моделирование и оптимизация технологических процессов. Тема: Анализ грузопотоков швейных предприятий [ лабораторная работа ]
- Моделирование систем [ лекция ]
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Волгоградский государственный технический университет
Вечерний Технологический Факультет
Кафедра «Процессы и аппараты химических и пищевых производств»
Контрольная работа
по дисциплине: «Моделирование химико-технологических процессов»
тема: «Моделирование химических реакторов»
|
Выполнила: |
|
студентка гр. ТВБ-485 |
|
Гусева А.Д. |
|
|
|
Проверил: |
|
доцент кафедры ПАХПП, к.т.н. Яблонский В.О. |
|
|
Волгоград 2022
Содержание
Введение……………………………………………………………………….3
1. Моделирование трубчатого реактора с лопастным турбулизатором…..4
2. Моделирование химических реакторов…………………………………..8
Заключение…………………………………………………………………..15
Список использованных источников………………………………………16
Введение
Химический реактор является центральным элементом любой химико- технологической системы, поэтому моделирование с целью исследования и интенсификации его работы для последующего проектирования имеет большое практическое значение в химической технологии.
Математическая модель реактора в наиболее общем случае представляет собой некоторую систему уравнений математического описания работы реактора, связывающую между собой входные и выходные параметры.
Эта модель должна в синтезированной форме отображать физико- химические и гидродинамические процессы, протекающие в реакторе, а также учитывать экономические принципы его работы.
Понятно, что математическая модель тем точнее, чем глубже знание исследователя о сущности протекающих в реакторе процессов. Однако, во многих случаях оказывается, что для описания качественных и количественных превращений, происходящих в реакторе, можно с успехом использовать упрощенные (идеализированные) модели. Одним из наиболее сложных для моделирования моментов является описание гидродинамики потока реакционной смеси в объеме реактора, поскольку именно на гидродинамическом режиме базируется основная часть модели реактора – система уравнений массо-энергопереноса. Идеализация модели реактора, главным образом, относится именно к режиму гидродинамики (модель реактора идеального вытеснения – РИВ, реактор идеального смешения – РИС, реактор с неполным продольным перемешиванием.
Естественно, что принятию той или иной модели гидродинамического режима должно предшествовать подробное исследование моделируемого реактора с последующим обоснованием правомерности принятия данной идеализированной модели [1].
1. Моделирование трубчатого реактора с лопастным турбулизатором
Полимеризация этилена при высоком давлении, подчиняется закономерностям реакции полимеризации винильных соединений, протекающей по свободно-радикальному механизму.
Особенностью поли- меризации этилена, при инициированной свободными радикалами, заключается в том, что полиэтилен с высоким молекулярным весом получается только при высоких концентрациях мономера. При малых концентрациях этилен присоединяется к свободным радикалам, образующийся полимер имеет невысокий молекулярный вес [1].
Инициатором полимеризации кислород служит. Скорость реакции зависит от количества кислорода в газе, но поскольку значительное влияние на нее оказывает также температура и давление, эта зависимость сложная.
Процесс полимеризации этилена осуществляется в трубчатом реакторе при давлении до 2300-2900 кгс/см2 и температуре до 295 °С.
В качестве инициатора процесса полимеризации используется кислород. Регулирование свойств полиэтилена производится изменением технологических параметров и введением модификатора (в качестве модификатора используется пропан) [2].
Процесс полимеризации гранулированного этилена начинается с приготовление рабочего газа (этилена в смеси с кислородом и пропаном) и ступенчатого компримирования его до рабочего давления.
После чего рабочий газ, содержащий модификатор (пропан) и инициатор (кислород), сжатый компрессором до давления (2300-2950) кгс/см2 (230-295 МПа), двумя потоками ("горячий" и "холодный") поступает через буферные емкости на полимеризацию.
Обе буферные емкости соединены друг с другом с целью выравнивания давления нагнетания 2-ой ступени компрессора и для изменения соотношения между "горячим" и "холодным" потоками.
"Горячий поток" поступает в теплообменник типа "труба в трубе", так называемую зону подогрева, где нагревается до температуры инициирования реакции полимеризации (170-200) °С.
Схема процесса производства ПЭВД представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема процесса производства ПЭВД
Для разогрева этилена в теплообменник – подогреватель подается перегретая вода из второго контура зоны реакции с температурой 245 оС. Подача воды ведется противотоком. После подогревателя вода возвращается на станцию горячей воды в емкость зоны реакции.
Нагретый газ из теплообменника поступает в реактор трубчатого типа, который подразделяется на зону реакции и зону охлаждения.
Зона реакции в свою очередь подразделяется на 4 зоны, в зависимости от распределения перегретой воды, циркулирующей в рубашке реактора. Перегретая вода в зонах реакции и охлаждения циркулирует в рубашке противотоком и подается отдельными контурами со станции горячей воды.
Перегретая вода контура зоны реакции перед реактором разделяется на два потока и поступает в рубашки 2, 3 секторов зоны реакции.
Вода из третьего сектора зоны реакции направляется в рубашку первого сектора, а выходящая вода из второго сектора поступает в рубашку подогревателя, четвертый сектор зоны реакции подключен к зоне охлаждения.
"Холодный" поток этилена после компрессора 2-ого каскада поступает в теплообменник типа" труба в трубе", где охлаждается оборотной водой до температуры (20 - 50) °С и подаётся в реактор тремя регулируемыми боковыми вводами.
Реакция полимеризации протекает в реакторе при давлении до 2300-2900 кгс/см2 (230 - 290 МПа) и температуре до 295 °С. Реакционная смесь из реактора, пройдя клапан Рv 501, дросселируется до 325 кгс/см2 (32,5 МПа) и Т = (160-295) °С и по трубопроводу с рубашкой поступает в отделитель высокого давления. В рубашку трубопровода противотоком подается вода из контура зоны охлаждения. Отделитель высокого давления представляет собой цилиндрический аппарат емкостью 7,8 м3, снабженный паровой рубашкой. В ОВД этилено-полиэтиленовая смесь разделяется на жидкую фазу (полиэтилен-расплав с растворенным в нем этиленом) и газовую фазу – возвратный газ высокого давления, который отводится на узел очистки и охлаждения. Выходящий из ОВД расплав полиэтилена с содержанием (12-25) % этилена поступает в отделитель низкого давления [3].
В отделителе низкого давления происходит отделение жидкой фазы - расплава полиэтилена с растворенным в нем остаточным этиленом от газовой - возвратного газа низкого давления, который направляется на узел охлаждения и очистки его от низкомолекулярного полиэтилена.
Из отделителя низкого давления расплав полиэтилена, содержащий небольшое количество этилена, поступает в экструдер. Расплав полиэтилена шнеком экструдера подается на пусковой клапан У6/1.4.1, который подает полиэтилен на гранулятор. Расплав продавливается через перфорированную пластину - фильеру и срезается ножами гранулятора.
Гранулы подхватываются транспортирующей водой, в качестве которой используется конденсат или частично обессоленная вода, и подается в предварительный отделитель воды, где отделяется 80 % воды, затем в центрифугу, где происходит окончательное отделение воды
Гранулят-полиэтилен из центрифуги подаётся на вибросито, где происходит разделение гранул по размерам. [3]
Основными аппаратами, участвующими в данном процессе, являются: реактор трубчатого типа, теплообменники типа «труба в трубе» и отделители высокого и низкого давлений. При полимеризации в реакторе происходит накопление образующегося полимера на стенках трубок происходит “пробой” реактора, т.е. осевые слои движутся с большей скоростью, и зона реакции выходит из реактора; в связи с резким возрастанием вязкости возможна закупорка реактора и выход из строя.
Поэтому для проведения модернизации был выбран трубчатый реактор. В виде модернизации было предложено использование двухлопастного завихрителя (турбулизатор) перед каждой секцией трубчатого реактора, длиной 1 м.
На рисунке 2 представлен турбулизатор.
Рисунок 2 – Турбулизатор
1 – труба, 2 – лопасти находящиеся под углом 45̊
При движении текучей среды в трубе 1 часть ее из нижней половины через треугольное окно между лопатками 2 и трубой 1 поднимается вверх, другая из верхней половины опускается вниз. В результате взаимодействия описанных выше частей потока с внутренней стенкой трубы возникает подкручивание потока [4].
На рисунках 3 и 4 представлены траектории движения этилена без и использованием турбулизатора.
Рисунок 3
Скачать файл (134.7 kb.)