Описание моделируемого процесса

Курсовая работа

по дисциплине: «Математическое моделирование

химико-технологических процессов»

Тема: «Математическое моделирование процесса фильтрования в барабанном вакуум-фильтре»

Студент группы Х-400701 Д.И. Дмитриев

Преподаватель доц., канд. техн. наук О.А. Белоусова

Екатеринбург

Оглавление

Введение.................................................................................................................................................3

1. Описание моделируемого процесса.................................................................................................4

2. Описание вида и структуры применяемой модели.........................................................................5

3. Описание математического аппарата моделирования и методов решения..................................7

4. Выбор пакета программирования.....................................................................................................8

5. Составление алгоритма и блок-схемы решения задачи..................................................................8

6. Решение задачи в пакете MathCAD.................................................................................................10

6.1 Задание………………………………………………………………………...…………..10

6.2 Исходные данные ……………………………….………………………………………..10

6.3 Расчет примера ……………………………..…………………………………………….10

Заключение............................................................................................................................................12

Список использованных источников..................................................................................................13

Введение

Одной из важнейших задач развития народного хозяйства нашей страны является повышение экономической эффективности всех отраслей, в том числе химической промышленности. В области химической технологии особое внимание должно быть уделено созданию высокоинтенсивных технологических процессов, высокопроизводительной химической аппаратуры механизации и автоматизации производственных операций.

Математическое моделирование химико-технологического процесса и исследование его как единой системы дает возможность решить широкий круг вопросов:

- предсказать влияние изменения рабочих условий, технологической схемы и производительности;

- получить обширную информацию о поведении всего комплекса;

- быстро и надежно оптимизировать режим эксплуатации;

- создать автоматизированную систему управления производством.

Математическое моделирование технических объектов является одним из основных видов интеллектуальной деятельности ученого, исследователя, инженера. Моделирование предполагает построение моделей реально существующих объектов в целях:

1) раскрытия и углубленного исследования механизма явления и взаимодействия его частей;

2) установления технологических режимов, создания инженерных методов и расчетов;

3) определения конструктивных параметров машин и аппаратов;

4) оптимизации режима работы аппарата и оптимизации процесса;

5) создания средств автоматизации и систем управления.

Математической моделью называется приближенное описание какого-либо процесса или явления внешнего мира, выраженное с помощью математической символики. Типовая модель процесса подбирается на основании имеющихся сведений об условиях проведения рассматриваемого процесса в аппарате выбранного типа.

При выборе модели необходимо учитывать следующее:

а) модель должна наиболее полно отражать характер потоков вещества и энергии при одновременно достаточно простом математическом описании;

б) параметры модели могут быть определены экспериментально или расчетным способом.

Цель данной курсовой работы - создать математическую модель процесса фильтрования, дать характеристику этой модели, а также овладеть компьютерной технологией применения математических методов, приобрести навыки компьютерных вычислений в программе MathCad.

Описание моделируемого процесса

В химической промышленности осуществляются разнообразные процессы, в которых исходные материалы в результате химического взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. Химические реакции довольно разнообразны: реагенты могут вступать во взаимодействие самопроизвольно, при нагревании, с использованием катализатора, под действием света или электрического тока, с поглощением или выделением тепла и т.п. Поэтому для инженера главное определить, к какому типу реакций относится то или иное превращение сырья в продукты. Это необходимо для лучшего понимания физико-химического явления процесса с целью получения максимального выхода продукта, который может достигаться добавлением катализатора, изменением температуры, давления процесса, технологического режима установок.

В данной курсовой работе рассматривается реакция этерификации – реакция образования сложных эфиров при взаимодействии кислот и спиртов:

RCOOH + R’OH ⇔ RCOOR' + Н₂О

Реакция этерификации имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при составлении модели. При действии кислот на алкоголь одновременно происходит 2 реакции: образование сложного эфира (прямая реакция) и разложение эфира водой (обратная реакция). Поэтому реакцию этерификации считают обратимой. Положение равновесия зависит от строения и концентраций спирта и карбоновой кислоты, то есть для реакционной смеси существует предел этерификации, при котором устанавливается равновесие, характеризующееся определенным соотношением концентраций исходных спирта и кислоты и продукта их реакции — сложного эфира. Так, например, при эквимолярном соотношении этанола и уксусной кислоты в исходной реакционной смеси равновесие устанавливается, когда ~2/3 спирта и кислоты прореагируют с образованием этилацетата. Для повышения выхода сложного эфира используют либо избыток одного из реагентов (обычно спирта), либо отгонку образующейся при этерификации воды в виде азеотропной смеси с добавляемым в реакционную смесь бензолом.

Нужно также учитывать, что реакции этерификации идет очень медленно и, причем никогда не идет до конца. Количество образующегося эфира зависит от условий проведения реакции. В качестве катализатора используют раствор соляной кислоты.

Процесс получения этилацетата проводят в реакторе с постоянным объемом, в изотермических условиях, по схеме:

СН₃COOH + С₂Н₅OH ⇔ СН₃COOС₂Н₅ + Н₂О

В зависимости от скорости синтеза сложного эфира будет зависеть необходимый объем реактора для получения заданного количества продукта.