Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Рис. В-3. Схема внешних потоков для составления материального и энергетического (теплового) балансов

Рис. В-4. Схема для определения внутренних потоков:

а - верхняя часть аппарата (выше сечения 1-1); 6 - нижняя часть аппарата (ниже сечения 1-1]

Бензин

Нефть

Горячая струя

*н.о

Нефть

отбензнненная

Потери Н

Бензин

Потери I

Нефть

отбензнненная

При составлении энергетических (или тепловых) балансов особое внимание следует обращать на переход одного вида энергии в другой, на изменение агрегатного состояния веществ, сопровождающегося выделением или поглощением тепла, тепловыми эффектами химических реакций и т.п.

Материальный баланс может быть составлен как по потокам массы в целом, так и по отдельным веществам (компонентам) или видам атомов, например по углероду, водороду, сере и т.д.

Материальные и энергетические балансы, составленные для аппарата (процесса) в целом, позволяют рассчитать внешние потоки вещества и энергии, т.е. потоки, входящие в данную систему и покидающие ее.

Для расчета размеров аппарата (площади поперечного сечения, высоты, размеров внутренних устройств и т.п.) недостаточно знать только внешние потоки вещества и энергии, необходимо определить материальные и тепловые потоки в соответствующих сечениях внутри аппарата, По своей величине внутренние потоки могут значительно превосходить внешние, а кроме того, они могут претерпевать изменения по высоте аппарата (в различных его сечениях) вследствие изменения давлений, температур и теплофизических свойств веществ.

Схема, поясняющая определение внутренних потоков L и G в произвольном сечении аппарата, приведена на рис. В-4. Для определения указанных потоков мысленно разрезают аппарат в интересующем нас сечении 1-1 (см. рис. В-3) и отбрасывают одну из частей (см. рис. В-4, а, б). Действие отброшенной части на оставшуюся заменяют внутренними потоками. Затем для любого из двух вариантов, представленных на рис. В-4, записывают уравнения материального и энергетического балансов. Так, например, для части аппарата, находящейся выше сечения 1-1, материальный и тепловой балансы будут выглядеть следующим образом:

материальный баланс

"g;+0=(10;+l; (В.1)

Ы1 1=1

тепловой баланс

С>+СЯс = JdG/+Lh. (В.2)

1=1 1=1

При известных энтальпиях внутренних потоков Яд и из уравнений (В.1) и (В.2) можно определить внутренние потоки L и G.

Выполнив аналогичные расчеты для нескольких сечений аппарата, получим величины потоков в рабочей зоне аппарата, определяющие размеры его соответствующих сечений.

Необходимо подчеркнуть, что изменение величин внутренних потоков в разных сечениях аппарата можно выявить лишь при одновременном анализе уравнений материальных и тепловых балансов.

РОЛЬ ТЕОРИЙ ПОДОБИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

При разработке промышленных аппаратов для проведения соответствующего процесса необходимо располагать основными закономерностями, определяющими размеры аппарата и его производительность при заданных требованиях к качеству получаемых продуктов.

Основой получения этих закономерностей является эксперимент, базирующийся на глубоком знании существенных сторон процесса. Оно позволяет осуществлять моделирование процессов и аппаратов при проведении экспериментов на установках сравнительно небольшого масштаба. Полученные данные, представленные в виде уравнений, графиков или таблиц, используют для расчетов промышленных аппаратов.

Современная теория моделирования может быть представлена в виде следующих трех разновидностей: физическое моделирование; гидравлическое моделирование; математическое моделирование.

Физическое моделирование заключается в исследовании основных закономерностей процесса на реальных рабочих системах и при рабочих параметрах, которые предполагается осуществить в промышленных условиях. Установка, на которой выполняют физическое моделирование, отличается от промышленной установки своими размерами и величинами потоков. Конструкции аппаратов также могут быть не похожими на промышленные. На модельной установке варьируют основные рабочие параметры процесса (температуры, давления, концентрации, скорости потоков и т.д.), чтобы выяснить связи между ними.

Гидравлическое моделирование осуществляется на специальных стендах, включающих фрагменты основных рабочих элементов аппарата в натуральную величину. В качестве рабочих сред используют модельные системы: воду, воздух, песок и т. п.

При гидравлическом моделировании выявляют закономерности, определяющие гидравлическое сопротивление и производительность аппарата для различных типов контактных устройств.

По данным физического и гидравлического моделирования можно выбрать оптимальные условия процесса и размеры аппарата.

Математическое моделирование развилось в последние годы в связи с широким использованием персональных ЭВМ. Этот вид моделирования является ценным дополнением физического и гидравлического моделирования.

Под математическим моделированием понимается разработка и анализ систем уравнений процесса при соответствующих начальных и граничных условиях с целью выявления оптимальных условий проведения процесса или работы аппарата. Использование этого метода предполагает достаточно глубокое знание основных закономерностей процесса (работы аппарата).

Математическое моделирование распадается на следующие основные этапы:

а) составление систем уравнений, начальных и граничных условий;

б) анализ систем уравнений с применением ЭВМ (деформация модели);

в) корректировка параметров уравнений модели на основе данных физического и гидравлического моделирования;

г) проверка соответствия модели реальному объекту (проверка адекватности модели объекту) и внесение в случае необходимости корректив в модель.

Этап (б), связанный с деформацией модели, позволяет выявить, как те или иные переменные влияют на конечные показатели процесса (выход продуктов, степень конверсии сырья, чистоту продуктов и т.д.), и отобрать наиболее важные из них. Этот этап в какой-то мере дополняет физический эксперимент, но ни в коей мере не заменяет его.

После этапа деформации модели проведение физического и гидравлического моделирования - этап (в) - может быть выполнено более целенаправленно и при меньшем объеме экспериментов.