Ф е д е р а л ь н о в и а р е н т с т в о п о о б р о з о в а н і ю
Державна освітня установа вищої НАУКИ
Самарський Державний Технічний Університет
Інженерно-технологічний факультет
Кафедра «ХТОСА»
Курсова робота з курсу
«Системи автоматизованого проектування»
тема:
«Розрахунок вузла абсорбції аміачно-повітряної суміші»
Виконав студент 5-ІТ-3
Усенко А.Г.
Прийняв викладач
Тарасов О.К.
Самара 2007
ЗМІСТ
Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 3
1.Постановка задачі розрахунку вузла абсорбції ... ... ... ... ... ... ... ... 4
2.Опісаніе технологічної схеми вузла абсорбції ... ... ... ... ... ... 4
3.Краткая опис модуля абсорбера ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
4.Краткое опис модуля теплообмінника ... ... ... ... ... ... ... ... 4
5.Расчет вузла абсорбера ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..... 9
Бібліографічний список ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10
Додаток ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 11
ВСТУП
У будь-якому хімічному виробництві завжди існує функціональний взаємозв'язок апаратів. Під хіміко-технологічною системою (ХТС) розуміють сукупність взаємопов'язаних апаратів технологічними потоками і діють як одне ціле, в яких відбувається певна послідовність технологічних операцій. Під елементами ХТМ розуміють ту її частину, яка у проведеному розгляді є неподільною: апарат, сукупність апаратів або частина апарату, в якому протікає хімічний процес. Кожен елемент ХТМ виконує перетворення, представлене наступною залежністю:
Y = F (X, U), де Y, X вектор параметрів стану вхідних і вихідних потоків, U - вектор управління.
Системи рівнянь технологічних зв'язків ХТМ спільно з математичним описом окремих елементів системи являє собою математичну модель ХТМ.
Основна задача розрахунку МТБ та ХТМ - знаходження параметрів стану потоків технологічної схеми, а також загальних і покомпонентний витрат, складів потоків, температур.
Методи рішення цієї задачі ділять на інтегральні та Декомпозиційні, кожен з яких поділяється на ітераційні і безітераціонние.
За особливостями технологічної структури ХТС поділяють на розімкнуті та замкнуті. Потоки ХТМ характеризують векторними величинами, що вказують витрату, температуру, склад середовища, фізико-хімічні характеристики компонентів.
Існує два варіанти формулювання задачі розрахунку параметрів стану ХТМ:
1. Перевірочний (моделюючий) розрахунок. При заданому наборі змінних вхідних потоків системи і керуючих параметрів кожного елемента ХТМ необхідно обчислити значення змінних проміжних і вхідних потоків.
2. Проектний розрахунок. При заданих значеннях вихідних змінних і деяких вхідних і проміжних, а також значеннях керуючих параметрів розрахувати інші змінні всіх технологічних потоків ХТМ,
Розрахунок параметрів стану розімкнутої схеми зводиться до послідовного однократному розрахунку елементів ХТМ.
Розрахунок замкнутих схем грунтується на розриві зворотних зв'язків з перетворенням в разомкнутую, з появою фіктивних вхідних і вихідних потоків.
1.Постановка задачі розрахунку вузла абсорбції
Побудувати статистичну модель вузла абсорбції методом полнофакторного експерименту.
Знайти коефіцієнти чутливості концентрації аміаку в рідкій фазі.
2.Опісаніе технологічної схеми вузла абсорбції
Зображення схеми на рис. у додатку.
Аміачно-повітряна суміш поступає в нижній бічний патрубок абсорбера 1, проходить через насадку в противотоке з потоком зрошення і йде через штуцер з системи.
Вода на зрошення подається у верхню частину абсорбера і рівномірно зрошує насадку по всій площі перерізу.
Розчин газу у воді надходить до збірки 2, звідки відцентровим насосом 3 частина потоку виводиться із системи, а частина, пройшовши через теплообмінник 4, змішується зі свіжою водою і йде на зрошення. Часткова рециркуляція води необхідна для збільшення рушійної сили процесу массопередачи за рахунок зниження температури. Рецикл необхідний для відводу тепла абсорбції.
3.Краткая опис модуля абсорбера
Модуль абсорбера Мультиваріантний, тобто він дозволяє виконувати розрахунки за різними алгоритмами при різних наборах вхідних змінних.
4.Краткое опис модуля теплообмінника
Модуль теплообмінника здійснює розрахунок температури вихідних потоків в теплообміннику при відомій температурі вхідних потоків і заданих коефіцієнти тепловіддачі і площі поверхні теплообміну.
5.Расчет вузла абсорбера
Складаємо операторну схему (див. додаток).
Складаємо матрицю структурних чисел, яка містить чисельно-структурні основні параметри.
Кількість модулів у операторної схемою N1 = 4;
Число потоків у операторної схемою N2 = 11;
Кількість компонентів у потоці з максимальним їх числом N = 3;
Число ітераційних блоків N3 = 1;
Число вхідних потоків системи і число вхідних потоків ітераційних блоків N4 = 4;
Число розколення потоків в одному ітераційному блоці М1 = 1;
Число параметрів модуля в потоці з максимальним їх числом М2 = 10;
Сумарне число вхідних і вихідних потоків в модулі з максимальним їх числом М3 = 4;
Число вхідних потоків системи з економічною інформацією М4 = 0;
Коефіцієнти емпіричного рівняння, що описують залежність фізико-хімічних характеристик компонента потоку від температури (C = A + B * t):
Теплоємність F1 = 1
В'язкість F2 = 1
Щільність F3 = 1
Тиск насиченої пари F4 = 0
Теплопровідність F5 = 0
Молекулярна маса F6 = 1
Складаємо матрицю послідовності розрахунку, яка містить номери розраховуються апаратів в порядку їх розрахунків:
-1 4 3 2 5
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Складаємо структурну матрицю, яка відображає взаємозв'язок апаратів і потоків:
Таблиця 1. Структурна матриця
Складаємо матрицю ітераційних блоків, яка містить номери розколення потоків:
Таблиця 2. Матриця ітераційних блоків
Складаємо матрицю параметрів модулів, яка містить конструктивні та технологічні параметри:
Таблиця 3. Матриця параметрів модулів
Складаємо матрицю параметрів стану вхідних потоків:
Таблиця 4.
Назви компонентів
Таблиця 5.
Матриця стану потоків
Коефіцієнти емпіричного рівняння для розрахунку фізико-хімічних властивостей компонентів:
Таблиця 6.
Фізико-хімічні властивості
Отримуємо результати:
Таблиця 7.
Матриця результатів розрахунку
Змінюючи витрата подається в теплообмінник води в потоці, домагаємося охолодження заціклованной води потоку 6 до температури 22 ˚ С.
Таблиця 8.
Основні характеристики плану експерименту
Cоставляющая матрицю планування:
Таблиця 9.
Матриця планування
Складаємо рівняння регресії:
Коефіцієнти рівняння регресії:
В0 = 4,53
В1 = 0,47
В2 =- 0,29
В3 = 0,03
Рівняння регресії:
Y = 4,53 +0,47 * Х1-0, 29 * Х2 +0,03 * Х3
Коефіцієнти чутливості:
γ1 = В1/ΔG1 = 0,47 / 8860 = 0,00005305
γ2 = В2/ΔG2 =- 0,29 / 14200 = 0,00002042
γ3 = В3 / α = 0,03 / 0,3 = 0,1
ВИСНОВОК
За завданням курсової роботи підібраний витрата води в потоці 7 через теплообмінник, що забезпечує охолодження заціклованной води до температури 22 ˚ С і розраховані:
· Коефіцієнти рівняння регресії, які чисельно рівні параметру оптимізації при зміні відповідного фактора на один інтервал варіювання;
· Коефіцієнти чутливості вихідних параметрів до вхідних, які чисельно рівні зміни вихідного параметра при зміні вхідного на одиницю його зміни.
При відомих параметрах вхідних потоків системи, розраховані параметри проміжних і вихідних потоків і обладнання. Отримані дані коефіцієнтів чутливості в курсовій роботі можуть бути використані для аналізу роботи системи при різних наборах вхідних параметрів, для чого їх потрібно змінювати за певним порядком. У результаті чисельного експерименту отримують чутливість ХТМ до зовнішніх впливів.
СПИСОК
1. Тарасов О.К., Системи автоматизованого проектування, лекції, 2007р.
Державна освітня установа вищої НАУКИ
Самарський Державний Технічний Університет
Інженерно-технологічний факультет
Кафедра «ХТОСА»
Курсова робота з курсу
«Системи автоматизованого проектування»
тема:
«Розрахунок вузла абсорбції аміачно-повітряної суміші»
Виконав студент 5-ІТ-3
Усенко А.Г.
Прийняв викладач
Тарасов О.К.
Самара 2007
ЗМІСТ
Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 3
1.Постановка задачі розрахунку вузла абсорбції ... ... ... ... ... ... ... ... 4
2.Опісаніе технологічної схеми вузла абсорбції ... ... ... ... ... ... 4
3.Краткая опис модуля абсорбера ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
4.Краткое опис модуля теплообмінника ... ... ... ... ... ... ... ... 4
5.Расчет вузла абсорбера ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..... 9
Бібліографічний список ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10
Додаток ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 11
ВСТУП
У будь-якому хімічному виробництві завжди існує функціональний взаємозв'язок апаратів. Під хіміко-технологічною системою (ХТС) розуміють сукупність взаємопов'язаних апаратів технологічними потоками і діють як одне ціле, в яких відбувається певна послідовність технологічних операцій. Під елементами ХТМ розуміють ту її частину, яка у проведеному розгляді є неподільною: апарат, сукупність апаратів або частина апарату, в якому протікає хімічний процес. Кожен елемент ХТМ виконує перетворення, представлене наступною залежністю:
Y = F (X, U), де Y, X вектор параметрів стану вхідних і вихідних потоків, U - вектор управління.
Системи рівнянь технологічних зв'язків ХТМ спільно з математичним описом окремих елементів системи являє собою математичну модель ХТМ.
Основна задача розрахунку МТБ та ХТМ - знаходження параметрів стану потоків технологічної схеми, а також загальних і покомпонентний витрат, складів потоків, температур.
Методи рішення цієї задачі ділять на інтегральні та Декомпозиційні, кожен з яких поділяється на ітераційні і безітераціонние.
За особливостями технологічної структури ХТС поділяють на розімкнуті та замкнуті. Потоки ХТМ характеризують векторними величинами, що вказують витрату, температуру, склад середовища, фізико-хімічні характеристики компонентів.
Існує два варіанти формулювання задачі розрахунку параметрів стану ХТМ:
1. Перевірочний (моделюючий) розрахунок. При заданому наборі змінних вхідних потоків системи і керуючих параметрів кожного елемента ХТМ необхідно обчислити значення змінних проміжних і вхідних потоків.
2. Проектний розрахунок. При заданих значеннях вихідних змінних і деяких вхідних і проміжних, а також значеннях керуючих параметрів розрахувати інші змінні всіх технологічних потоків ХТМ,
Розрахунок параметрів стану розімкнутої схеми зводиться до послідовного однократному розрахунку елементів ХТМ.
Розрахунок замкнутих схем грунтується на розриві зворотних зв'язків з перетворенням в разомкнутую, з появою фіктивних вхідних і вихідних потоків.
1.Постановка задачі розрахунку вузла абсорбції
Побудувати статистичну модель вузла абсорбції методом полнофакторного експерименту.
Знайти коефіцієнти чутливості концентрації аміаку в рідкій фазі.
2.Опісаніе технологічної схеми вузла абсорбції
Зображення схеми на рис. у додатку.
Аміачно-повітряна суміш поступає в нижній бічний патрубок абсорбера 1, проходить через насадку в противотоке з потоком зрошення і йде через штуцер з системи.
Вода на зрошення подається у верхню частину абсорбера і рівномірно зрошує насадку по всій площі перерізу.
Розчин газу у воді надходить до збірки 2, звідки відцентровим насосом 3 частина потоку виводиться із системи, а частина, пройшовши через теплообмінник 4, змішується зі свіжою водою і йде на зрошення. Часткова рециркуляція води необхідна для збільшення рушійної сили процесу массопередачи за рахунок зниження температури. Рецикл необхідний для відводу тепла абсорбції.
3.Краткая опис модуля абсорбера
Модуль абсорбера Мультиваріантний, тобто він дозволяє виконувати розрахунки за різними алгоритмами при різних наборах вхідних змінних.
4.Краткое опис модуля теплообмінника
Модуль теплообмінника здійснює розрахунок температури вихідних потоків в теплообміннику при відомій температурі вхідних потоків і заданих коефіцієнти тепловіддачі і площі поверхні теплообміну.
5.Расчет вузла абсорбера
Складаємо операторну схему (див. додаток).
Складаємо матрицю структурних чисел, яка містить чисельно-структурні основні параметри.
Кількість модулів у операторної схемою N1 = 4;
Число потоків у операторної схемою N2 = 11;
Кількість компонентів у потоці з максимальним їх числом N = 3;
Число ітераційних блоків N3 = 1;
Число вхідних потоків системи і число вхідних потоків ітераційних блоків N4 = 4;
Число розколення потоків в одному ітераційному блоці М1 = 1;
Число параметрів модуля в потоці з максимальним їх числом М2 = 10;
Сумарне число вхідних і вихідних потоків в модулі з максимальним їх числом М3 = 4;
Число вхідних потоків системи з економічною інформацією М4 = 0;
Коефіцієнти емпіричного рівняння, що описують залежність фізико-хімічних характеристик компонента потоку від температури (C = A + B * t):
Теплоємність F1 = 1
В'язкість F2 = 1
Щільність F3 = 1
Тиск насиченої пари F4 = 0
Теплопровідність F5 = 0
Молекулярна маса F6 = 1
Складаємо матрицю послідовності розрахунку, яка містить номери розраховуються апаратів в порядку їх розрахунків:
-1 4 3 2 5
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Складаємо структурну матрицю, яка відображає взаємозв'язок апаратів і потоків:
Таблиця 1. Структурна матриця
Коефіцієнт модуля | Вхідний потік | Вихідний потік | Код модуля | Номери потоків | |||
вхідних | вихідних | ||||||
10 | 2 | 2 | 41 | 1 | 2 | 3 | 4 |
0 | 2 | 1 | 2 | 5 | 6 | 11 | 0 |
4 | 2 | 2 | 3 | 7 | 9 | 8 | 6 |
2 | 1 | 2 | 1 | 4 | 9 | 10 | 2 |
Таблиця 2. Матриця ітераційних блоків
№ ітераційних блоків | Число розколення потоків | № вхідного потоку | № вихідного потоку |
5 | 1 | 11 | 2 |
Таблиця 3. Матриця параметрів модулів
№ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
1 | 3 | 1 | 2 | 1 | 1,2199 | 0 | 0,0327 | 65672.81 | 1 | 0,95 |
2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3 | 2000 | 2150 | 950 | 0,00003 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
4 | 0,3 | 0,7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Таблиця 4.
Назви компонентів
№ комп. | 1 | 2 | 3 |
Назв. | вода | повітря | аміак |
Матриця стану потоків
№ потоку | Витрата | Температура | Концентрації компонентів | ||
1 | 8860 | 19 | 0 | 0,92 | 0,08 |
5 | 14200 | 18 | 1 | 0 | 0 |
7 | 5400 | 13 | 1 | 0 | 0 |
2 | 10000 | 15 | 0,9 | 0 | 0,1 |
Таблиця 6.
Фізико-хімічні властивості
№ | Компонент | Коефіцієнти | |||
Теплоємність | В'язкість | Щільність | Мовляв. маса | ||
1 | Вода | 4,19 | 0,001000 | 1000 | 18 |
2 | Повітря | 1 | 0,000018 | 0,29 | 29 |
3 | Аміак | 2,24 | 0,000104 | 0,72 | 17 |
Таблиця 7.
Матриця результатів розрахунку
№ | Кг / год | ˚ С | А | У | З |
1 | 8860,0 | 19 | 0 | 0,92 | 0,08 |
2 | 20573,4 | 17,1 | 0,986 | 0 | 0,014 |
3 | 8185,9 | 17,9 | 0 | 0,99 | 0,004 |
4 | 21247,5 | 27,7 | 0,955 | 0 | 0,045 |
5 | 14200 | 18 | 1 | 0 | 0 |
6 | 6374,2 | 15 | 0,955 | 0 | 0,045 |
7 | 5400 | 13 | 1 | 0 | 0 |
8 | 5400 | 27,7 | 1 | 0 | 0 |
9 | 6374,2 | 27,7 | 0,955 | 0 | 0,045 |
10 | 14873,2 | 27,7 | 0,955 | 0 | 0,045 |
11 | 20574,2 | 17,1 | 0,986 | 0 | 0,014 |
Таблиця 8.
Основні характеристики плану експерименту
Характеристики | Z1 (G1) | Z2 (G2) | Z3 (α) |
Основний рівень | 8860 | 14200 | 0,3 |
Інтервал варіювання | 1000 | 1000 | 0,1 |
Верхній рівень | 9860 | 15200 | 0,4 |
Нижній рівень | 7860 | 13200 | 0,2 |
Таблиця 9.
Матриця планування
№ | Значення факторів | Параметр оптимізації (конц. аміаку) | |||||
в кодованому вигляді | в натуральному вигляді | ||||||
Х1 | Х2 | Х3 | Z1 | Z2 | Z3 | Y% | |
1 | - | - | - | 7860 | 13200 | 0,2 | 4,31 |
2 | + | - | - | 9860 | 13200 | 0,2 | 5,26 |
3 | - | + | - | 7860 | 15200 | 0,2 | 3,79 |
4 | + | + | - | 9860 | 15200 | 0,2 | 4,65 |
5 | - | - | + | 7860 | 13200 | 0,4 | 4,35 |
6 | + | - | + | 9860 | 13200 | 0,4 | 5,36 |
7 | - | + | + | 7860 | 15200 | 0,4 | 3,80 |
8 | + | + | + | 9860 | 15200 | 0,4 | 4,71 |
Коефіцієнти рівняння регресії:
В0 = 4,53
В1 = 0,47
В2 =- 0,29
В3 = 0,03
Рівняння регресії:
Y = 4,53 +0,47 * Х1-0, 29 * Х2 +0,03 * Х3
Коефіцієнти чутливості:
γ1 = В1/ΔG1 = 0,47 / 8860 = 0,00005305
γ2 = В2/ΔG2 =- 0,29 / 14200 = 0,00002042
γ3 = В3 / α = 0,03 / 0,3 = 0,1
ВИСНОВОК
За завданням курсової роботи підібраний витрата води в потоці 7 через теплообмінник, що забезпечує охолодження заціклованной води до температури 22 ˚ С і розраховані:
· Коефіцієнти рівняння регресії, які чисельно рівні параметру оптимізації при зміні відповідного фактора на один інтервал варіювання;
· Коефіцієнти чутливості вихідних параметрів до вхідних, які чисельно рівні зміни вихідного параметра при зміні вхідного на одиницю його зміни.
При відомих параметрах вхідних потоків системи, розраховані параметри проміжних і вихідних потоків і обладнання. Отримані дані коефіцієнтів чутливості в курсовій роботі можуть бути використані для аналізу роботи системи при різних наборах вхідних параметрів, для чого їх потрібно змінювати за певним порядком. У результаті чисельного експерименту отримують чутливість ХТМ до зовнішніх впливів.
СПИСОК
1. Тарасов О.К., Системи автоматизованого проектування, лекції, 2007р.