36827

МОДЕЛИРОВАНИЕ реакции с диффузией в трубчатом реакторе

Лабораторная работа

Физика

Поэтому математическое описание процессов протекающих в этих реакторах имеет большое значение. Рассмотрим математическое описание трубчатого реактора для проведение реакции с диффузией. Этот поток входит в реактор где одновременно с диффузией осуществляется реакция первого порядка Длина реактора L площадь его поперечного сечения 1 м2. При условии что скорость питания w м3 ч концентрация М равна с0 а коэффициент диффузии М принимается постоянный со значением D м2 ч определить концентрацию М как функцию длины реактора.

Русский

2013-09-23

862.5 KB

13 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

МОДЕЛИРОВАНИЕ реакции с диффузией в трубчатом реакторе

1. Цель работы

Исследование закономерности изменения концентрации в трубчатом реакторе для проведение реакции с диффузией.

2. Содержание работы

  1.  Анализ процесса осуществляемого в стержне.
  2.  Математическое описание процесса и разработка математической модели объекта
  3.  Исследование процесса изменения концентрации в трубчатом реакторе для проведение реакции с диффузией.
  4.  Результаты моделирования, анализ их и выводы.

3. Теоретическая часть

Реактор является главным аппаратом технологической установки и по значению занимает ведущее место в производстве химических продуктов. Наибольшее распространение получили реакторы, выполненные по типу теплообменника рис. 1. Поэтому математическое описание процессов протекающих в этих реакторах имеет большое значение.

а) однотрубный реактор; б) многотрубный реактор.

Рис. 1. Трубчатые химические реакторы.

Рассмотрим математическое описание трубчатого реактора для проведение реакции с диффузией.

В реакционном потоке идет диффузия вещества М. Этот поток входит в реактор, где одновременно с диффузией осуществляется реакция первого порядка

Длина реактора L, площадь его поперечного сечения 1 м2. Константа скорости реакции k ч-1. При условии, что скорость питания w м3/ч, концентрация М равна с0, а коэффициент диффузии М принимается постоянный со значением D м2/ч, определить концентрацию М как функцию длины реактора.

Рис. 2. Расчетная схема реактора

Примем х для обозначения расстояния по длине реактора и пусть с есть переменная концентрация М при поступлении в аппарат (x<0), а у представляет концентрацию М в любом сечении реактора (х>0), как показано на рис. 2.

Для материального баланса применительно к элементарной длине х на расстоянии х от места поступления реагента будем иметь:

x

x+x

Поток реагента М

wy

Диффузия М

Накопление в данной случае равно нулю, но приход должен превышать расход с тем, чтобы обеспечить протекание реакции в элементарном объеме.

Скорость исчезновения М вследствие реакции будет kух, так как площадь сечения аппарата равна единице. С. другой стороны, это произведение величин может быть использовано как для характеристики потока у выхода из реактора, так и для расчета накопления; мы можем записать уравнение:

 (1)

После упрощения, деления на х и преобразования получим:

 (2)

Аналогично для входного сечения аппарата материальный баланс дает:

  (3)

Уравнение (3) может быть получено также из (2) путем удаления слагаемого для скорости реакции.

Выражения (2) и (3) являются линейными уравнениями второго порядка. Общим решением их в обоих случаях будет

 (4)

причем

 (5)

где

Таким образом, имеем:

 (6)

и

 (7)

с четырьмя произвольными постоянными А, В, и . Для четырех граничных условий найдем:

при х=- с=с0 (8)

при х=0 с=у (9)

при х=0  (10)

при х=L  (11)

Первое условие определяет состояние питающего потока, а второе обеспечивает непрерывность состава. Третье условие, предусматривая (9), необходимо учитывать для закона сохранения материи на границе, причем диффузия на обоих сечениях принимается одинаковой. Последнее условие исключает диффузию в реакторе.

Равенства (8), (9), (10) и (11), соответственно, дают:

 (12)

 (13)

 (14)

 (15)

Исключим и из (12), (13) и (14):

 (16)

Решая (15) и (16) относительно А и В, получим;

 (17)

 (18)

где

 (19)

Подставляя эти значения А и В в (6), получим окончательный результат

 (20)

В том случае, когда диффузией можно пренебречь, т. е. когда D0, уравнение (20) приводится с помощью правила Лопиталя к такому виду:

 (21)

4. Методика построения модели и расчета в MathCad

Математическую модель реактора в системе компьютерной математики MathCad лучше всего задавать в виде трех блоков:

  1.  Исходные данные.

К исходным данным относятся: длина L реактора, начальная концентрация с0, коэффициент диффузия D, скорость питания w и константа скорости реакции k.

  1.  Задание системы уравнений модели и ее решение.

В этом блоке задаются все уравнения входящие в состав математической модели: расчет коэффициентов а и К входящих в уравнение математической модели и формулу (20) позволяющая построить кривую изменения концентрации по длине реактора.

  1.  Вывод результатов (для большей наглядности результаты представить в графическом виде)

Контрольные вопросы

  1.  Что представляет собой моделируемый объект.
  2.  Какие (основные) уравнения входят в состав математической модели изменения концентрации по длине реактора.
  3.  Основные положения, использованные при составлении математической модели.
  4.  Как осуществлено решение уравнений математической модели.
  5.  Объясните полученные результаты.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20563. Україна після другої світової війни. Перехід до мирного будівництва 25.5 KB
  Особлива увага приділялась відродженню важкої промисловості і залізничного транспорту вугільної промисловості республіки.Відбудова промисловості відбувалася виключно за рахунок зусиль населення і примусових заходів уряду щодо нього. була проведена грошова реформа що мала на меті примусове вилучення коштів у населення на відбудову промисловості.
20564. Повоєнний сталінський режим в Україні, репресії 40-50 рр 56 KB
  В цей же час сотні тисяч селян України інших республік вмирали від голоду. Поряд із цим у повоєнному розвитку України існувало чимало проблем. Серйозною проблемою для влади стала колективізація в селах Західної України котра викликала масовий спротив місцевого населення. Малося на увазі зокрема добровільне переселення українців Закерзоння назва походить від лінії Керзона за якою знаходилися землі Лемківщини Надсяння Холмщини та Підляшшя до радянської України.
20565. Національне питання в Радянській Україні в 60-х першій половині 80-х років. Дисидентський рух і його придушення 52.5 KB
  Через самвидав громадськість України СРСР закордону познайомилася з творами І. Так починався в СРСР рух який згодом одержав назву правозахисного й охопив переважно інтелігенцію. Метою правозахисного руху було: захист прав людини і прав народів СРСР боротьба проти русифікації боротьба за незалежну Україну та національне відродження. Першою в СРСР легальною організацією що виступила на захист прав людини була ініціативна група захисту прав людини в СРСР до якої належав харків'янин Г.
20566. Курс на перебудову: плани та реальності його здійснення в Україні 43.5 KB
  Перш ніж горбачовські реформи дійшли до України тут сталася катастрофа глобального значення: 26 квітня 1986 р. Величезна радіоактивна хмара незмірне більша ніж хіросимська покрила багато районів України Росії Білорусії а згодом поширилася на землі Польщі та Скандинавії. Компартію України очолив С. Постали Українська республіканська партія Демократична партія України партія зелених та ін.
20567. Проголошення незалежності України. Розпад СРСР 38 KB
  Проголошення незалежності України. Прийняття Верховною Радою УРСР _Декларації про державний суверенітет України Криза союзних структур політичне протиборство погіршення економічної ситуації зростання національної самосвідомості неухильно посилювали потяг до суверенності відновлення незалежної української держави. було ухвалено закон про економічну незалежність України. Консерватори в союзних структурах активно протидіяли зростанню суверенності й самостійності національних республік у тому числі й України.
20568. Визнання Української держави світовим співтовариством. Міжнародне співробітництво незалежної України. Взаємодія з членами СНД 66 KB
  Міжнародне співробітництво незалежної України. Швидке визнання державної незалежності України десятками країн світу певною мірою породжувало ілюзію того що труднощі пов'язані з перехідним періодом будуть розв'язані безболісно і в короткий термін. Політичні партії і рухи України обстоювали різні нерідко полярні позиції в питаннях зовнішньої політики. Основним документом який визначав принципові засади розбудови державотворчих процесів у тому числі в сфері зовнішньої політики став Акт проголошення незалежності України прийнятий 24 серпня...
20569. Відродження української національної свідомості у першій половині XIX ст 40 KB
  24 березня 1847 року за участь у КирилоМефодіївському товаристві заарештований і засланий солдатом до Орської фортеці Оренбурзького окремого корпусу. КирилоМефодіївське товариство Твори молодого поета згуртували навколо нього університетську молодь. Прагнення звільнити народ від кріпацтва і привело їх до участі в КирилоМефодіївському товаристві 1845 1847 назване на честь слов'янських просвітителів Кирила і Мефодія створенню якого сприяло загальне духовне піднесення українського народу. Соціальний склад КирилоМефодіївського...
20571. Проведення реформи 1861 року в російській Україні, її особливості й наслідки 42.5 KB
  За реформою на кріпосних селян поширювалися економічні права вільних осіб тобто вони отримали право купувати нерухомість займатися торгівлею і промислами тощо. селяни не могли відмовитися від наділу що означало примусове прикріплення їх до землі.Після проведення реформи 220 тис. селян України залишалися безземельними майже 100 тис.