- •1. Структура курсової роботи
- •2. Виконання розрахунків на пеом
- •3. Моделювання і аналіз процесу каталітичної очистки в стаціонарних умовах
- •3.1. Математична модель і методика розрахунку каталітичного процесу
- •3.2. Визначення параметрів теплообмінника-рекуператора
- •3.3. Аналіз автотермічного режиму
- •3.4. Аналіз схеми з додатковим підігрівом суміші
- •3.5. Аналіз схеми з підживленням пального компонента
- •4. Нестаціонарний метод очистки газів (реверс-процес)
- •4.1. Особливості реверса-процесу
- •4.2. Математичний опис реверс-процесу
- •4.3. Вплив технологічних параметрів на характеристики реверс - процесу
- •5. Оцінка еколого-економічної ефективності систем газоочищення
- •5.1. Розрахунок екологічного ефекту
- •5.2. Розрахунок витрат на впровадження та економічної ефективності очисних споруджень
- •Ціни на складові експлуатаційних витрат
- •6. Приклад виконання розрахунків
- •6.1. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у стаціонарному режимі
- •6.1.1. Розрахунок схеми з автотермічними умовами проведення процесу
- •6.1.2. Розрахунок схеми з додатковим підігрівом суміші
- •6.1.3. Розрахунок схеми з підживленням суміші, що очищається
- •6.2. Розрахунки теплообмінників-рекуператорів
- •6.2.1. Вибір стандартних теплообмінників
- •6.2.2. Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників
- •6.3. Порівняння схем каталітичного газоочищення з реакторами, працюючими в стаціонарному режимі
- •Основні показники роботи схем очистки газових викидів
- •6. 4. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у нестаціонарному режимі (реверс-процес)
- •6.5. Розрахунок еколого-економічної ефективності схем каталітичного газоочищення
- •6.5.1. Розрахунок екологічного ефекту
- •6.5.2. Розрахунок економічної ефективності очисних споруджень
- •Основні технологічні показники схем каталітичного газоочищення
- •7. Рекомендована література
- •Додатки
4.2. Математичний опис реверс-процесу
Нестаціонарний спосіб здійснення каталітичних реакцій засновано на використанні динамічних властивостей нерухомого шару каталізатора.
Математичні моделі, що описують динамічні процеси в шарі зернистого каталізатора, що розробляються на основі ієрархічного підходу, повинні враховувати наступні фактори.
Гетерогенний характер системи — наявність твердої і газоподібної фаз.
Наявність джерел (стоків) речовин — результат хімічних перетворень реагентів, що протікають на каталізаторі.
Наявність джерел тепла, загальний тепловий потік яких визначається як добуток теплових ефектів реакцій на швидкості їх протікання.
Розподіленість системи. Основним об'єктом вивчення є процес міграції теплових полів по шару каталізатора. Неоднорідність температурних і концентраційних полів у шарі може бути врахована тільки просторово розподіленою системою.
Теплова інерційність шару. Висока швидкість хімічного перетворення в зоні реакцій забезпечується досить високою температурою. Теплова енергія в зоні реакції, що рухається в напрямку фільтрації газу, складається з енергії реакції й енергії, накопиченої шаром раніше. Перепад температур у зоні реакції виявляється вище адіабатичного розігріву. Нагромадження значної кількості тепла шаром можливо тільки при досить великій тепловій ємності шару. Велика теплова інерційність шару забезпечує більш повільну в порівнянні зі швидкістю подачі реакційної суміші міграцію високотемпературної зони реакції.
Конвекція. Подача реакційної суміші в шар каталізатора здійснюється за рахунок фільтрації газу. У математичній моделі це може бути враховано конвекційними членами.
Перенос тепла в шарі. У результаті екзотермічної реакції в шарі каталізатора виникає високотемпературна зона. Щоб виключити необмежене зростання температури в зоні реакції, потрібно врахувати можливі механізми переносу тепла в шарі каталізатора: теплопровідність по «каркасу» шару, зовнішній теплообмін між зовнішньою поверхнею гранул каталізатора і реакційною сумішшю, внутрішній перенос тепла в гранулах. Під «каркасом» розуміється сукупність зовнішньої поверхні всіх зерен і непроточних зон між ними. Передача тепла здійснюється за рахунок наявності пульсуючих вихрів, що утворюються в непроточних зонах, поблизу місць контакту окремих гранул. Механізм переносу тепла можна в цьому випадку описати ефективною подовжньою теплопровідністю по «каркасу» шару.
Якщо процеси на зерні каталізатора описуються моделлю швидкості хімічного перетворення, що спостерігається, Wн (θ, Y), а дифузією і теплопереносом у газі можна зневажити, то математичний опис буде мати такий вид:
|
(4.1) |
|
(4.2) |
|
(4.3) |
|
(4.4) |
с граничними умовами:
|
(4.5) |
початковими умовами:
. |
(4.6) |
Для аналізу нестаціонарних режимів у реакторі з розміщеним по торцях шару каталізатора інертом система рівнянь (4.1)–(4.6) доповнюється граничною умовою «склейки» У крапках між каталізатором і інертом (ξ = ξ1 і ξ = ξ2) умови «склейки» мають вид:
|
(4.7) |
Крім того, для шару інертного матеріалу вираження
Wн(θ,Y) =0.
Для чисельного розрахунку нестаціонарних процесів знешкодження по моделі (4.1)–(4.7) використовується комбінований числено-аналітичний метод. Рішення всієї системи знаходиться таким способом. З рішення рівняння (4.1) знаходиться наближення до . З цим наближенням вирішується рівняння (4.2) і знаходиться приблизно , що використовується для більш точного рішення першого рівняння. Ітераційний процес здійснюють до виконання умови
, |
(4.8) |
де s – номер ітерації. Після встановлення ітерацій вирішують рівняння (4.3), (4.4) і переходять до наступного кроку за часом.