МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, Молоді та спорту УКРАЇНИ
Одеський національний політехнічний університет
ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
до курсового проектування за курсом
"МОДЕЛЮВАННЯ І ПРОГНОЗУВАННЯ СТАНУ ДОВКІЛЛЯ "
для студентів 4 курсу хіміко-технологічного факультету
Одеса – 2011
Методичні вказівки до курсового проектування за курсом "Моделювання і прогнозування стану довкілля" для студентів 4 курсу хіміко-технологічного факультету / Уклад. В.В.Брем, В.М.Білоус, О.В.Макаров, О.А.Борщ – Одеса: ОНПУ, 2011 – 50 с.
Укладачi: |
доц. кафедри ТНРЕ, к.х.н. Брем Володимир Вікторович, доц. кафедри ОФТ, к.х.н. Білоус Віктор Михайлович, ст. викл. кафедри ТНРЕ, Макаров Олексій Вікторович, ст. викл. кафедри ОФТ, Борщ Олександр Анатолійович |
Відповідальний за випуск д.т.н., проф. Кожухар В.Я.
Затверджено методичною комісією хіміко-технологічного факультету ОНПУ
Спонсор видання Одеський припортовий завод
ЗМІСТ
ВСТУП 4
1. СТРУКТУРА КУРСОВОЇ РОБОТИ 4
2. ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКІВ НА ПЕОМ 6
3. МОДЕЛЮВАННЯ І АНАЛІЗ ПРОЦЕСУ КАТАЛІТИЧНОЇ ОЧИСТКИ в СТАЦІОНАРНИХ УМОВАХ 8
3.1. Математична модель і методика розрахунку каталітичного процесу 8
3.2. Визначення параметрів теплообмінника-рекуператора 13
3.3. Аналіз автотермічного режиму 14
3.4. Аналіз схеми з додатковим підігрівом суміші 15
3.5. Аналіз схеми з підживленням пального компонента 16
4. НЕСТАЦІОНАРНИЙ МЕТОД ОЧИСТКИ ГАЗІВ (РЕВЕРС-ПРОЦЕС) 17
4.1. Особливості реверса-процесу 17
4.2. Математичний опис реверс-процесу 21
4.3. Вплив технологічних параметрів на характеристики реверс - процесу 23
5. ОЦІНКА ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМ ГАЗООЧИЩЕННЯ 25
5.1. Розрахунок екологічного ефекту 25
5.2. Розрахунок витрат на впровадження та економічної ефективності очисних споруджень 26
Кожухотрубчастий теплообмінник 28
6. ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКІВ 30
6.1. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у стаціонарному режимі 30
6.1.1. Розрахунок схеми з автотермічними умовами проведення процесу 30
6.1.2. Розрахунок схеми з додатковим підігрівом суміші 33
6.1.3. Розрахунок схеми з підживленням суміші, що очищається 34
6.2. Розрахунки теплообмінників-рекуператорів 38
6.2.1. Вибір стандартних теплообмінників 38
6.2.2. Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників 39
6.3. Порівняння схем каталітичного газоочищення з реакторами, 42
працюючими в стаціонарному режимі 42
6. 4. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у нестаціонарному режимі (реверс-процес) 43
6.5. Розрахунок еколого-економічної ефективності схем каталітичного газоочищення 46
6.5.1. Розрахунок екологічного ефекту 46
6.5.2. Розрахунок економічної ефективності очисних споруджень 47
7. Рекомендована література 49
ДОДАТКИ 50
ВСТУП
Курсова робота присвячена моделюванню і аналізу процесу каталітичного очищення газових викидів промислових підприємств. Виконуючи дану роботу, студенти проводять основні розрахунки на ЕОМ, використовуючи програмні модулі розрахунків по математичним моделям основних типів хімічних реакторів, а також інших апаратів і хіміко-технологічних схем.
У процесі виконання курсової роботи вирішуються наступні задачі.
Перша – моделювання процесу очистки в каталітичному реакторі, що працює в стаціонарному режимі. Розглядаються варіанти автотермічного і неавтотермічного здійснення процесу з додатковим підігрівом, а також при додаванні у вхідну суміш різних компонентів, що окислюються. З досліджених трьох варіантів вибирається той, котрий має найкращі техніко-економічні показники.
Друга задача полягає в моделюванні роботи установки для очистки газових викидів, що працює в нестаціонарному режимі, дослідженні впливу основних параметрів реверс-процесу на умови його здійснення і виборі оптимального варіанта.
У висновку необхідно порівняти два способи каталітичного очищення промислових газових викидів у стаціонарних умовах і в нестаціонарному режимі по основним характеристикам установок.
Знайомлячись із сучасними методами, студенти закріплюють навички практичного застосування методів математичного моделювання для прогнозування стану навколишнього середовища, методів обчислювальної математики, а також банку прикладних програм в інженерних розрахунках, навчаються аналізувати та узагальнювати отримані результати при рішенні конкретних задач по використанню каталітичних методів захисту повітряного басейну.
Курсова робота виконується за індивідуальними завданнями.
1. Структура курсової роботи
При виконанні курсової роботи студенту необхідно:
розглянути можливі варіанти здійснення процесу каталітичного очищення газових викидів заданого складу; підібрати математичні моделі, що описують процеси в апаратах; ознайомиться з необхідними прикладними програмами;
по початковим даним, виданим у завданні, розрахувати приведені концентрації і вибрати компонент, який окислюється з найменшою швидкістю;
провести математичне моделювання установки очистки газових викидів з реактором газоочищення, що працює в стаціонарному режимі; розглянути і порівняти варіанти неавтотермічного здійснення процесу з додатковим підігрівом і автотермічного режиму з додаванням у вхідну суміш різних компонентів, що окислюються. Для кожного з варіантів оцінюються основні характеристики установки, додаткові витрати палива та інших показників для обґрунтування вибору найкращого варіанта. Розрахунки проводяться для двох із трьох температурних режимів (за вказівкою викладача). Для всіх варіантів здійснення процесу газоочищення в стаціонарних умовах необхідно визначити основні показники реактора при ступені перетворення 0,995 ± 0,001. Як підживлення використовуються задані види палива;
провести математичне моделювання установки очистки газових викидів з реактором газоочищення, що працює в нестаціонарному режимі, досліджувати вплив основних характеристик реверс-процесу (лінійна швидкість суміші, час переключення, висота шарів каталізатора й інертного засипання) на умови його здійснення і вибрати найкращий варіант;
виконати оцінку еколого-економічної ефективності різних систем газоочищення;
порівняти два способи каталітичного очищення газових викидів з використанням каталітичних реакторів, що працюють у стаціонарних умовах і в нестаціонарному режимі по основним характеристикам установок.
Курсова робота оформляється у вигляді пояснювальної записки відповідно до вимог, прийнятими в ОНПУ.
Пояснювальна записка повинна містити в собі: титульний лист; завдання на проектування; зміст; вступ; короткий опис основних методів очистки газових викидів і принципових схем каталітичних методів очистки [1–5]; математичні моделі апаратів [6–10], характеристику розрахункових методів, алгоритмів і використаних прикладних програм; результати математичного моделювання всіх схем з докладним аналізом отриманих результатів і обґрунтуванням запропонованих рішень; визначення основних характеристик реактора і теплообмінника-рекуператора для різних варіантів; оцінку еколого-економічної ефективності різних систем газоочищення; висновок; список використаних джерел; додатка (по необхідності). У тексті пояснювальної записки, що розбивається на розділи і підрозділи, докладно описуються результати моделювання роботи установки для кожного з розглянутих варіантів реалізації процесу, їх аналіз, порівняння та аргументація обираних рішень на всіх етапах, приводяться принципові схеми установок, графіки зміни температури і ступеня перетворення від часу контакту для обраних варіантів. У графічній частині необхідно привести технологічні схеми реалізації процесу каталітичного очищення газових викидів у стаціонарних і нестаціонарних умовах; графіки зміни температур і ступенів перетворення від часу контакту для стаціонарно працюючих схем газоочищення; профілі температур і ступенів перетворення для різних моментів часу в реакторі реверс-процесу. При описі результатів моделювання не потрібно приводити рекомендації з методичних указівок, а конкретно показати в тексті пояснювальної записки, як і з якою метою змінювалися керуючі параметри. Основні результати розрахунків на ЕОМ приводяться в таблицях. Однак приведення одних таблиць недостатньо. У тексті пояснювальної записки обов'язково повинні бути пояснені отримані результати і прийняті рішення в результаті аналізу.
Наприкінці кожного розділу приводяться висновки, що підкреслюють найбільш важливі технологічні параметри і розміри каталітичного шару, установлювані на кожнім етапі розрахунків.
Об'єм пояснювальної записки — 35–50 аркушів рукописного чи 20–30 аркушів машинописного тексту