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

11 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

29087. Сделки (понятие, виды, условия действительности) 28.5 KB
  Сделки понятие виды условия действительности. Виды сделок: По количеству субъектов Односторонние завещание Многосторонние Двусторонние купля продажа По критерию встречности Возмездные аренда Безвозмездные дарение По способу закрепления Вербальные Литеральные По риску Алеаторные рисковые Нейтральные По особенностям механизма Под условием Без уловия Действительность сделки определяется законодательством посредством следующей системы условий: а законность содержания;б способность физических и юридических лиц...
29088. Гражданское право как отрасль права. Система гражданско-правовых институтов 25 KB
  Гражданское право как отрасль права. Отрасль гражданского права совокупностью правовых норм регулирующих имущественные и связанные с ними личные неимущественные отношения основанные на равенстве автономии воли и имущественной самостоятельности их участников а в случаях прямо предусмотренных действующим законодательством и на властном подчинении одной стороны другой а также защищающих неотчуждаемые права и свободы человека и другие нематериальные блага. Система гражданского права: Лица правоспособные дееспособные полная...
29089. Предмет гражданского права 27.5 KB
  Предметом гражданского права являются три группы отношений: 1 имущественные отношения только товароденежные: отношения собственности и другие вещные отношения; отношения связанные с исключительными правами на результаты интеллектуальной деятельности отношения возникающие в рамках договорных и иных обязательств 2 относительно имущественные: отношения авторства на произведения науки литературы искусства изобретения результаты интеллектуальной деятельности 3 личные неимущественные отношения: отношения невозможно оценить в...
29090. Методология гражданского права. Приемы и методы гражданского права. Элементы юридической техники, применяемые в гражданском праве (отраслевые аксиомы, презумпции, фикции, юридические конструкции) 28.5 KB
  Методология гражданского права. Приемы и методы гражданского права. В методологию входят: Правопонимание нормативное психологическое историческое Методы общенаучные частнонаучные специальные Толкование интерпретация норм обычаев принципов права Отраслевая техника аксиомы презумпции фикции юридические конструкции договор сделка юр. лицо Методы гражданского права способ регуляции или защиты: Общенаучные анализ синтез системно структурный Частнонаучные метод толкования права сравнительно правовой...
29091. Принципы и функции гражданского права 34 KB
  Принципы и функции гражданского права. Принципы руководящие основополагающие начал которыми должны находится в канве более конкретных положении. Особенности: Принципы связанны с интерпретацией толкования Принципы нужно выводить из действующих норм права Принцип действует на стадии правоприменения Виды принципов: свободу договора субъекты гражданского оборота свободны в решении вступления в договорные отношения или воздержания от заключения гражданскоправовых договоров; неприкосновенность собственности никто не может быть лишен...
29092. Источники гражданского права. Гражданское законодательство. Действие гражданских законов 37 KB
  Источники гражданского права. Источники гражданского права внешнее выражение гражданскоправовых норм. Являются источниками гражданского права: Конституция РФ ГК РФ ФЗ и законы субъектов Подзаконные акты Указы президента Постановления правительства Ведомственные акты Общепризнанные принципы и нормы международного права Обычаи делового оборота Не являются источниками гражданского права постановления Пленумов Верховного Суда РФ постановления Высшего Арбитражного Суда РФ. При этом нормы гражданского права содержащиеся в других...
29093. Гражданское правоотношение (понятие, структура, виды) 31 KB
  Гражданское правоотношение это урегулированное нормами гражданского права правоотношение возникающее между юридически равными субъектами по поводу имущества а также нематериальных благ выражающаяся в наличие у них субъективных прав и обязанностей. Структура гражданских правоотношений: Субъект: Физические лица граждане иностранцы лица без гражданства Юридические лица российские иностранные Публичноправовые образования органы МСУ Объект: Имущественные вещи деньги ценные бумаги Интеллектуальные права Личные...
29094. Юридические факты в гражданском праве. Законодательные основания возникновения гражданских прав и обязанностей 31 KB
  Юридические факты делятся на: события обстоятельства не зависящие от воли человека стихийные бедствия действия обстоятельства зависящие от воли человека.
29095. Физические лица как субъекты гражданского права (правоспособность, дееспособность, ограничение и лишение дееспособности, эмансипация) 33.5 KB
  Физические лица как субъекты гражданского права правоспособность дееспособность ограничение и лишение дееспособности эмансипация. Физические лица как субъекты гражданского права: граждане РФ иностранцы лица без гражданства Правосубъектность способность лица иметь и осуществлять непосредственно или через представителя юридические права и обязанности т. быть субъектом права. Правосубъектность включает в себя: Правоспособность потенциальная способность физического лица иметь гражданские права и нести обязанности возможность иметь...