ChemCAD

1. ChemCAD Stopnie swobody operacji jednostkowych

2. Wykres h-s (i-s) Sprawność Sprężarka

3. Sprężarka

4. Sprężarka Stopnie swobody:

5. Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła

6. Strumień 11 to wlot / Strumień 17 to wylot Kocioł/jednostronny wymiennik ciepła Liczba stopni swobody:

7. Wymiennik ciepła dwustronny

8. Wymiennik ciepła dwustronny Stopnie swobody: • Parametry strumieni wlotowych oraz: • Spadek ciśnienia strumienia procesowego • Spadek ciśnienia strumienia pomocniczego • Parametr bilansu cieplnego (zwykle temp. wylotowa s. proc.) Problem: zwykle nieznane natężenie przepływu czynnika pomocniczego. Rozwiązanie: zamiast określać F1 można przyjąć temp. wylotową czynnika pomocniczego. Natężenie przepływu wyliczone zostanie z modelu

9. Wymiennik ciepła dwustronny • Zjawisko PINCHu • Zanika siła napędowa procesu, np.: • temp. wylotowa czynnika chłodzącego jest wyższa niż wlotowa ogrzewającego • temp. wlotowa czynnika chłodzącego jest wyższa niż wylotowa ogrzewającego

10. Wymiennik ciepła

11. Reaktor stechiometryczny Reaktor Zakładamy reakcję według poniższego równania: Mi - to symbol reagenta vi - to współczynnik stechiometryczny (ujemny dla substratów, dodatni dla produktów, zero dla inertów) MRsubstrat i jednocześnie składnikkluczowy. Stopień przemiany składnika kluczowego:

12. Reaktor stechiometryczny Reaktor stechiometryczny

13. Reaktor stechiometryczny Reaktor Liczba stopni swobody: • Trzeba podać dane strumienia wlotowego oraz trzy parametry, np.: • zmianę ciśnienia, • zapotrzebowanie ciepła • stopień przemiany

14. Reaktor stechiometryczny • Podaje się: • Termiczny rodzaj reaktora • wsp. stechiometryczne • zmianę ciśnienia, • stopień przemiany

15. Reaktor równowagowy (EREA) • Podaje się: • Ilość reakcji • rodzaj obliczeń termicznych • Sposób obliczeń • Stopień konwersji – jak r. stechiometryczny • Rodzaje reakcji – równoległe/następcze • Podejście z przyrostem temperatury • Podejście równowagowe • Podaje się stałe równowag reakcji oraz względny stopień konwersji w odniesieniu do stanu równowagi

16. Reaktor równowagowy (EREA) • Pi– produkty, Ri– substraty, xi ,yi– zwykle wsp. stechiometryczne • Dla reakcji konwersji CO i metanizacji stałe są dostępne • JEDNOSTKI (zakładka More Specyfications)

17. Reaktor równowagowy (EREA)

18. Reaktor równowagowy (EREA)

19. Reaktor kinetyczny • Podaje się: • Ilość reakcji • Typ reaktora (zbiornikowy/rurowy) • Sposób obliczeń termicznych • Cel obliczeń • JEDNOSTKI (More Specyfications) • Parametry kinetyczne reakcji

20. Reaktor kinetyczny zbiornikowy

21. Reaktor rurowy (przepływ tłokowy)

23. Obliczane są • Temperatura/zapotrzebowanie ciepła • Objętość reaktora/stopień przereagowania

24. Kinetyka reakcji • Standardowa: • równanie Arrheniusa • Równanie Langmuira-Hinselwooda – reakcja z katalizą heterogeniczną • Niestandardowa • Tworzy się własne równanie • Parametry zapisywane w plikach .xls i .bas

25. Reaktor Gibbsa • Do obliczeń bilansu masowego i cieplnego • Natężenia przepływu produktów, skład, warunki termiczne obliczane z minimalizacji energii Gibbsa • Dla typowych związków wystarczy podać parametry zasilania • Nie trzeba podawać stechiometrii!!!! • Należy wyszczególnić INERTY • Obliczany jest hipotetyczny stan równowagi • Szczególnie użyteczny przy obliczeniach spalania i wytrącania

26. Reaktor Gibbsa

27. Reaktor okresowy (Batch) • Jest elementem dynamicznym • Wsad stanowi stan początkowy • Obliczenia z wykorzystaniem kinetyki reakcji

28. Technologia- ilość stopni swobody instalacji

29. Technologia- ilość stopni swobody instalacji Obliczyć można odejmując od sumy stopni swobody wszystkich aparatów stopnie swobody strumieni wewnętrznych.

30. Technologia- łączenie operacji Wielofunkcyjny rozdzielacz – obejmuje rozdzielacz, wymiennik ciepła i regulator ciśnienia (zawór, kompresor) Uwaga: tracimy informacje o strumieniach pomocniczych Liczba stopni swobody wielofunkcyjnego rozdzielacza wynosi (nc+2)+2

31. Analiza czułości • Pozwala przeanalizować wpływ zmian parametru na działanie aparatu/instalacji • Parametrem może być • jeden ze stopni swobody aparatu • parametr strumienia • Definiuje się • Parametr(y) modyfikowany, zakres modyfikacji i ilość kroków • Parametr(y) zapisywane

32. Analiza czułości • Utworzenie analizy czułości: • Menu: Run/Sensitivity Study/New Analysis • Podanie nazwy analizy • Dane parametru zmienianego (Adjusting) • Typ (Equipment/Stream) • ID • Nazwa (wystąpi na wykresach) • Parametry zapisywane (Recording) • Typ (Equipment/Stream) • ID • Nazwa (wystąpi na wykresach)

34. Recykle strumieni w instalacji • Jeżeli w instalacji występuje recyrkulacja strumienia nie można przeprowadzić wprost obliczeń sekwencyjnych • Konieczne jest (wykonuje to symulator) • Przerwanie strumienia (Cut stream) • Wstawienie modułu zbieżności • Określenie sekwencji obliczeń • Nadanie przerwanemu strumieniowi startowych wartości parametrów • Prowadzenie obliczeń i przerwanie w momencie uzyskania zbieżnego rozwiązania

35. Przykładowa technologia Rozdziel.strumieni Odpow. Surowiec Mieszalnik Reaktor Uniwersalny Rozdziel faz Flash Produkt Recykle strumieni w instalacji

36. Przykładowa technologia Odpow. Rozdziel. strumieni Modułzbieżności Recykl Surowiec Mieszalnik Reaktor Uniwersalny Rozdziel faz Flash Produkt Recykle strumieni w instalacji

37. Recykle strumieni w instalacji • Stosowane metody: • Podstawienie bezpośrednie • Metoda Wegsteina • Metoda dominującej wartości własnej (DEM)

38. Recykle strumieni w instalacji • Podstawienie bezpośrednie x* - rozwiązanie dokładne Zbieżność metody jest liniowa:

39. Recykle strumieni w instalacji Oznaczmy: • Metoda Wegsteina Dysponując wynikami dla dwóch kroków

40. Recykle strumieni w instalacji Zakładając liniową zmianę błędu kolejna przybliżenie można obliczyć: • Metoda Wegsteina

41. Recykle strumieni w instalacji W praktyce stosuje się równanie: • Metoda Wegsteina Gdzie granice q określa się w okienkach: Wegstein lower bound" i“Wegstein upper bound".Im bardziej ujemna wartość q tym metoda bardziej przyspiesza jest jednak wówczas bardziej niestabilnaDelay Factor określa częstość użycia metody w obliczeniach

42. Recykle strumieni w instalacji • Metoda dominującej wartości własnej (DEM) Gdzie a to wsp. tłumienia, miedzy 1 a 0 (domyślnie 0,7). Delay Factor określa częstość użycia metody w obliczeniach

43. Uzupełnienie Gaz oczyszczony Ubogi Odpow. GAZ ZASILAJĄCY Wzbogacony Iteracja bezpośrednia: 10 cykli obliczeniowych Metoda Wegsteina: 5 cykli obliczeniowych DEM: : 7 cykli obliczeniowych Recykle strumieni w instalacji

44. Aparat złożony: kolumna

45. Kolumna absorpcyjna (Kolumna ekstrakcyjna) Kolumna destylacyjna Częśc. skropl. Produkt górny Zasilanie 1 Całk. skropl. Zasilanie Zasilanie 2 Produkt dolny Produkt dolny skraplacz Półka zasilana kocioł

46. j - ta półka Model półki uniwersalnej

47. Rozdzielacz Uniwersalny rozdzielacz faz Równowaga Mieszalnik Rozdzielacz Dekompozycja modelu półki Boczny odbiór par z półki Boczny odbiór cieczy z półki

48. Stopnie swobody półki Dla modułowych obliczeń sekwencyjnych zdefiniować należy strumienie wlotowe (zasilanie, zasilanie fazą ciekłą, zasilanie fazą gazową ) oraz parametry aparatu, zazwyczaj parametry rozdziału w rozdzielaczach (2), ciśnienie w układzie (1) oraz zapotrzebowanie ciepła (1).

49. Stopnie swobody kolumny • Zdefiniujmy dla kolumny • całkowita ilość półek: nt • całkowita ilość strumieni zasilających: nf • całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy ciekłej: nsl • całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych fazy gazowej: nsv • całkowita ilość stopni ogrzewania: nq

50. Stopnie swobody kolumny • Suma stopni swobody półek: • Liczba strumieni wewnętrznych • Liczba stopni swobody kolumny