Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Процессы и оборудования химической технологии

Диссертационная работа:

Литвинов Виктор Николаевич. Энтропийный метод моделирования процесса адсорбции в псевдоожиженном слое : ил РГБ ОД 61:85-5/3541

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр,
ВВЕДЕНИЕ 4

Глава первая ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Г.І. Применение: адсорбционных процессов 12

Г. 2. Расчет адсорбционного равновесия 14
Г.З. Методы расчета процесса адсорбции в псевдоожиженном

слое адсорбента Г9
Г. 4. Энтропийный, подход к. моделированию процессов с

фазовыми и химическими превращениями 27

Г.5. Постановка задачи исследования 42

Глава вторая

ТЕРЮДШАМИЧЕСКЙЙ МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО АДСОРБЕРА

2.Г. Предварительные замечания 45

  1. ПотарелочныЁ метод расчета, многоступенчатого адсорбера 46

  2. Алгоритм и примеры расчета 52

Глава третья КИНЕТИКА МАССОПЕРЕДАЧИ ПРИ АДСОРБЦИИ

  1. Предварительные замечания 59

  2. Модель безактивационной. адсорбции 62

  3. Модель активационной адсорбции 67

  4. Определение, равновесных, составов макроячейки 71

  5. Изменение свободной энергии Гиббса макроячейки 75

  6. Непроточный аппарат периодического действия 78

  7. Многоступенчатый адсорбер непрерывного действия 85

  8. Методика проектного расчета многоступенчатого адсорбера 99

Глава четвертая ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДА.

  1. Выбор метода экспериментального исследования 104

  2. Описание экспериментальной установки 105

  3. Методика проведения эксперимента 109

  4. Обработка результатов экспериментальных исследований НО

  5. Обсуждение результатов П9

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЯ ПО РАБОТЕ Г23

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 125

ЛИТЕРАТУРА * 127

ПРИЛОЖЕНИЕ 139

Введение к работе:

"Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г", другие программные документы партии определяют стратегическую задачу развития народного хозяйства - всемерное повышение эффективности общественного производства за счет применения новейших достижений науки и техники. В этих документах предусматривается развитие1 химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой- и смежных отраслей промышленности высокими темпами. Особо отмечается необходимость повышения качества продукции, разработка прогрессивных технологий, создание установок большой единичной мощности, их оптимальное проектирование и управление ими.

Адсорбция, как метод разделения газовых и парогазовых технологических потоков, их осушки и очистки - заняла прочное место среди важнейших процессов химической технологии. Получили широкое промышленное применение адсорбционные установки при получении сырья высокой чистоты для органического синтеза, рекуперации ценных веществ, получении н-парафинов, для целей охраны окружающей среды (очистка промышленных выбросов и сточных вод), других целей. Проведение процесса в псевдоожиженном слое является мощным средством интенсификации адсорбции. Такая организация процесса позволяет перейти к непрерывному проведению всех стадий процесса, ведет к возрастанию производительности аппаратов. Преимущества осуществления процесса в псевдоожиженном слое отразились в увели-

5 чении числа исследований, а также промышленного применения адсорбции в псевдоожиженном слое.

Для быстрого внедрения процессов с псевдоожиженным слоем адсорбента необходимо располагать надежными методами его расчета. В настоящее время значительное внимание уделяется разработке математических описаний процесса, ориентированных на применение при расчете средств вычислительной техники. Они являются основой при создании систем автоматизированного проектирования ( САПР ) технологических процессов, позволяют решать задачи их оптимального проектирования, последующей автоматизации. Разработка машиноориен-тированных описаний и методов расчета является возможным направлением моделирования такого сложного процесса, как адсорбция в псевдоожиженном слое.

Новые пути решения задачи моделирования процесса адсорбции в псевдоожиженном слое открывает энтропийно-информационный подход. Он показал свою эффективность для описания различных технологических процессов, таких как ректификация, абсорбция, химические превращения и др. Этот подход берет начало в статистической теории информации и его особенностью является возможность создания методов расчета сложных колонн , при недостатке информации об их детальном механизме. Энтропийный метод моделирования позволяет вместо классических детерминированных моделей процесса использовать вероятностную, информационную модель. Следует отметить, что в вероятностной модели, без детализации механизма явлений на микроуровне, отражается дискретность микромира и статистический характер зависимостей, которые мы наблюдаем на макроуровне.

Энтропийно-информационный подход при построении математических моделей процессов делает возможным широкие теоретические обобщения в форме статистического вывода. Это позволяет получать надежные, решения в условиях некоторой неопределенности, т.е. когда

исходная система уравнений оказывается незамкнутой. Дополнительная информация о процессе может быть получена, как наиболее вероятная, используя в качестве критерия правдоподобия информационную энтропию, которая максимизируется (формализм Джейнса).

Важной особенностью информационного подхода к процессам с фазовыми и химическими превращениями является возможность описания неравновесного процесса лишь с привлечением термодинамических данных. Наиболее вероятные неравновесные состояния системы определяются в масштабе условной протяженности процесса, характеризующей степень удаленности системы от равновесия. Равновесные распределения содержатся в получаемых решениях при определенном значении обобщенной координаты процесса.

Задачей кинетики при энтропийно-информационном подходе является продолжение описания процесса с целью перехода от условной координаты процесса к реальному времени на основе обобщенного уравнения кинетики. При разработке кинетической теории неравновесного процесса в рамках информационного подхода используется представление о двухуровневом описании явлений в макросистеме. Показано, что процессы в макроскопических локальных объемах протекают дискретно и коллективно. На основном макроскопическом уровне процесс представляется, как совокупность актов изменения состояния в локальных объемах. Частота таких переходов определяет кинетику процесса.

В последние годы в Московском институте химического машиностроения на кафедре "Химическая техника и автоматизированное проектирование" ведутся работы по применению энтропийно-информационного подхода для разработки математического описания и методов расчета технологических процессов с фазовыми и химическими превращениями, ориентированных на применение вычислительной техники.

Предлагаемая работа является продолжением этих исследовании применительно к описанию фазовых превращений при адсорбции.

Целью данного исследования является разработка математического описания и метода расчета адсорбции в псевдоожиженном слое, при различных способах его организации, на основе энтропийно-информационного подхода.

Работа проводилась в соответствии с Координационным планом Ш СССР по проблеме "Теоретические основы химической технологии"" ( № 2.27.6.37 - "Энтропийные методы в применении к моделированию технологических- процессов [ новая концепция термодинамики неравновесных процессов, построенная на базе теории информации]. Разработка и усовершенствование методов расчета технологических процессов..., разработка расчетных модулей для отраслевых САПР"), а также комплексной программы "САПР" Минвуза РСФСР.

Основными новыми научными результатами в предлагаемой работе автор считает:

Г. Подтверждение принципиальной возможности и перспективности приложения энтропийно-информационного подхода к моделированию процесса адсорбции в псевдоожиженном слое.

2. Разработку (с использованием информационного подхода) термодинамического метода расчета многоступенчатого адсорбера по ступеням контакта, отличающегося от существующих методов следующим:

-возможностью определения неравновесных распределений компонентов в фазах по высоте аппарата без привлечения информации о детальном механизме фазовых превращений, в системе на основе только термодинамических данных, с использованием условной протяженности процесса ;

-проведением расчетов по ступеням контакта любой степени

неравновесности, что позволяет моделировать экспериментально наблюдаемый профиль концентраций.

3. Разработку кинетического метода расчета непроточного аппарата периодического действия с псевдоожиженным слоем адсорбента и многоступенчатого адсорбера на основе уравнений массопередачи, которые получены в рамках энтропийно-информационного подхода. К преимуществам метода можно отнести:

-расчет неравновесного процесса возможен на основе уравнений массопередачи, полученных без постулирования их. формы записи, детального знания механизма массопередачи ;

-возможность обобщения разработанного метода расчета процесса адсорбции на случай многокомпонентных систем, используя один кинетический коэффициент.

4. Определение зависимости коэффициента массопередачи от скорости газового потока и входной концентрации при адсорбции диоксида углерода непроточным псевдоожиженным слоем микросферического цеолита

Кроме перечисленных выше новых научных результатов, автор также защищает:

-методологические основы нового метода расчета процесса адсорбции в псевдоожиженном слое ;

-алгоритмы и программы термодинамического расчета стационарных режимов многоступенчатого адсорбера ;

-алгоритмы и программы кинетического расчета адсорбции в непроточном периодическом и многоступенчатом аппаратах с псевдоожиженным слоем адсорбента ;

-результаты расчетов с использованием литературных и полученных автором экспериментальных данных.

Работа изложена на 177 страницах машинописного текста,

состоит из введения, четырех глав, выводов и результатов, содержит 26 рисунков, 19 таблиц. Список цитируемой литературы включает И9 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Каждая глава снабжена аннотацией. Номера параграфов обозначаются так: 2.1, что указывает на 1 в главе 2. Формулы нумеруются вновь внутри каждой главы. При ссылках на формулу из другой главы указываются номера главы и формулы, например: обозначение (2.1.23 ) указывает на формулу (23) в параграфе Г из 2 главы. Нумерация рисунков и таблиц сквозная по всей работе. Основные обозначения при их первом употреблении, как правило, дублируются с расшифровкой в тексте помимо общего списка.

В первой главе обсуждаются особенности и преимущества проведения процесса адсорбции в псевдоожиженном слое адсорбента по сравнению с другими способами организации процесса. Рассмотрены существующие методы расчета адсорбционного равновесия, динамики адсорбции для различных случаев организации процесса: - в непроточном периодическом, проточном односекционном, многоступенчатом аппаратах. Изложены особенности и преимущества применения энтропийно-информационного подхода к описанию и расчету процессов с фазовыми и химическими превращениями. Сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию термодинамического метода моделирования многоступенчатого адсорбера. Показано, что информационный подход позволяет сформулировать методику расчета многоступенчатого адсорбера с использованием ступеней контакта любой степени неравновесности, благодаря чему воспроизводится действительный профиль концентраций по высоте аппарата. Для перехода к реальной высоте адсорбера используются понятия - число единиц переноса, к.п.д. тарелки. Алгоритм потарелочного варианта расчета иллюст-

рируется примерами обработки литературных экспериментальных данных.

В третьей главе рассмотрен кинетический метод расчета непроточного адсорбера периодического действия и многоступенчатого аппарата. Обоснованы выводы двух уравнений массопередачи, полученные на основе энтропийно-информационного подхода без постулирования их формы записи для различных случаев фазового перехода на межфазной границе. Приведены результаты расчета равновесных составов в локальном объеме на межфазной, границе, показана возможность использования "осмотической теории адсорбции" для определения изменения свободной энергии Гиббса в локальном объеме при фазовом переходе в нем. Апробация, предложенных методов расчета периодического непроточного и многоступенчатого адсорберов с использованием извесных экспериментальных данных, показала применимость разработанного математического описания процесса.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальной проверки предложенного описания кинетики адсорбции. Обоснован метод экспериментального исследования, методика проведения эксперимента. При экспериментальном изучении процесса адсорбции диоксида углерода в непроточном псевдоожиженном слое микросферического цеолита McjA получены зависимости коэффициента массопередачи от параметров проведения процесса.

Разработанный метод расчета процесса адсорбции в псевдоожиженном слое адсорбента использован в Грозненском нефтяном научно-исследовательском институте при выдаче технологического регламента на проектирование промышленной установки по производству н-алка-нов. Программное обеспечение и экспериментальная установка диссертационной работы используются в учебном процессе при проведении учебно-исследовательских работ студентов, специализирующихся в области САПР.

Подобные работы
Юрьев Егор Михайлович
Повышение эффективности процесса гидрирования высших алкадиенов C9-C14 методом математического моделирования
Чудин Антон Сергеевич
Математическое моделирование и разработка методики инженерного расчета процесса получения гранул методом обкатки
Антохов Сергей Владимирович
Совершенствование процесса формирования качества серной кислоты контактным методом на базе компьютерного моделирования стадии каталитического окисления
Антохов Матвей Владимирович
Совершенствование процесса формирования качества серной кислоты контактным методом на базе компьютерного моделирования стадии абсорбции серного ангидрида
Горюнов Константин Евдокимович
Характеристики тепломассопереноса в организованном псевдоожиженном слое и метод расчета адсорбера
Николаев Евгений Анатольевич
Разработка методов расчёта и моделирование малообъёмных роторных дезинтеграторов-смесителей
Акулов Аркадий Клавдиевич
Моделирование разделения бинарных газовых смесей методом адсорбции с колеблющимся давлением
Микшина Виктория Степановна
Математическое моделирование процесса гидрокрекинга бензиновых фракций
Ермолаев Вадим Сергеевич
Математическое моделирование процессов переработки нефтяного газа в трубчатом реакторе в синтетическую нефть и ее транспорт в трубопроводах
Тарасова Наталья Евгеньевна
Моделирование процесса перемешивания жидкостей в аппаратах с зернистым слоем

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net