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

83259. Классификация вирусов 20.85 KB
  Компьютерный вирус — разновидность компьютерных программ или вредоносный код, отличительной особенностью которых является способность к размножению (саморепликация). В дополнение к этому вирусы могут без ведома пользователя выполнять прочие произвольные действия, в том числе наносящие вред...
83260. English Skills 14.23 KB
  In addition, teaching the learners a lot of listening activities is a good way of enlargening their vocabulary. On the other hand, it also helps the learners improve their listening comprehension. For instance, people know that the largest difference between mother language learning...
83261. Безопасность жизнедеятельности на объектах промышленности, строительства, транспорта, АПК и других 35.35 KB
  Аэрозоль попадает в атмосферу из дымовых факелов химических предприятий при низкой облачности и высокой влажности. За год в атмосферу попадает десятки миллионов том серного ангидрида из-за предприятий черной и цветной металлургии.
83262. Задача моделирования предпочтений ЛПР 18.02 KB
  Задача моделирования предпочтений ЛПР Изучение моделирования предпочтений имеет большое значение для разработки управленческого решения так как принятие правильных решений это область управленческого искусства.
83263. Содержание методик коррекционно-педагогической работы при брадилалии, тахилалии 39.62 KB
  При устранении брадилалии логопедические приемы направлены на воспитание более быстрых и четких речевых движений в процессе речи; убыстренных речевых реакций; темпа внутренней речи; темпов письма и чтения; выразительных форм сценического чтения и драматизированной речи...
83264. Исследование влияния браков и разводов на воспроизводство населения 64 KB
  Одними из основных факторов влияющих на процесс воспроизводства населения являются браки и разводы. Брачностью называется процесс образования брачных или супружеских пар населения. Брачность находится в тесной связи с воспроизводством населения выступая как один из важнейших факторов рождаемости и смертности.
83265. Поведінка з незнайомими людьми 662.5 KB
  Ознайомити і вивчити способи уникнення небезпеки. Розвивати здатність орієнтуватися у складних ситуаціях, вміння оцінювати небезпеку та вибирати дії самозахисту. Виховувати спостережливість, обачність, увагу, почуття обережності, дбайливе ставлення один до одного...
83266. Лісовий лікар – шипшина 129.5 KB
  Мета: забезпечувати ознайомлення дітей з корисними властивостями «лісового лікаря – шипшини»; збагачувати уявлення про звичаї українського народу, пов’язані з шипшиною; засобами поетичного слова торкатись струн дитячої душі, доносячи красу трояндового дива; виховувати потребу охороняти, доглядати...
83267. Безсмертна Леся Українка була і є, повік жива 1.22 MB
  Фотографії Лесі Українки малюнки до віршів музичний записказка Л. Олена Журлива Сьогодні 25 лютого – День народження Лесі Українки. На фоні музики і демонстрації слайдів звучить вірш Олени Журливої Пам’яті Лесі Українки Я знала Лесю Українку Живу тривожну молоду Вона мов квітка у барвінку Цвіла в поліському саду.