книги / Design-II for Windows. ╨Ю╨┐╨╕╤Б╨░╨╜╨╕╨╡ ╨╝╨╛╨┤╤Г╨╗╨╡╨╣ ╨╛╨▒╨╛╤А╤Г╨┤╨╛╨▓╨░╨╜╨╕╤П

Рис. 5.35. Вид окна Pipe, Insulation & Surroundings

Кнопки (теплопроводность окру-

жающей среды) и (скорость движения окружающей среды) становятся активными при выборе в качестве окружающей среды воздуха или воды. При выборе в качестве окружающей среды грунта активными кнопками становятся

и (глубина залегания трубы).

Ввод этих дополнительных исходных данных производится в табличном виде, рассматриваемом выше.

При нажатии на кнопку появится окно, где в таблицу необходимо ввести данные по теплопроводности окружающей среды (рис. 5.36, а). В случае, если в качестве окружающей среды был выбран грунт, дополнительно появится возможность выбрать тип грунта без ввода величин теплопроводности (рис. 5.36, б). Переключение между формами производится с помощью ниспадающего меню.

61

б

Рис. 5.36. Вид окна: а – Conductivity of Surrounding; б – Conductivity of Surrounding Soil (для грунта)

При нажатии на кнопку появится окно, где необходимо ввести данные по скорости движения окружающей среды (рис. 5.37).

Рис. 5.37. Вид окна Velocity of Surroundings

62

При нажатии на кнопку появится окно, где необходимо ввести данные по глубине залегания трубы в грунте (рис. 5.38).

Поле для ввода исходных данных Единицы измерения.

В системе СИ: m – м

Рис. 5.38. Вид окна Pipe Depth

При выборе материала трубы (Pipe Material) следует иметь в виду, что в ниспадающем меню даны названия материалов, общепринятые в США, поэтому если материал трубы отсутствует в списке, то необходимо использовать справочники или Интернет для подбора наиболее близкого по теплопроводности материала.

В связи с тем, что теплоизоляция трубопровода может быть многослойной, ввод данных по слоям теплоизоляции производится с использования дополнительного списка (рис. 5.39).

Рис. 5.39. Вид поля Pipe Insulation

После нажатия на кнопку будет создан первый слой теплоизоляции (Layer 1) и откроется окно для ввода данных по толщине итеплопроводноститеплоизоляциилинии по длине (рис. 5.40).

63

Номер слоя теплоизоляции

Поле для ввода толщины Единицы измерения

теплоизоляции

Единицы измерения

Поле для ввода теплопроводности изоляции

Рис. 5.40. Вид окна Insulation Layer

При повторном нажатии на кнопку буден создан второй слой теплоизоляции (Layer 2) и т.д. Изменение данных по слоям теплоизоляции производится выделением соответствующего

слоя мышью и нажатием кнопки . Созданные слои теплоизоляции также могут быть удалены с использованием кнопки

или скопированы в дополнительный слой теплоизоляции с помощью кнопки .

5.10. Огневой подогреватель (Fired Heater)

Для расчета материального и теплового балансов «огневого» подогрева потока, т.е. для моделирования огневого подогревателя, в Design-II имеется модуль Fired Heater, изображение которого представлено на рис. 5.41. Выбор модуля производится через Меню:

Equipment => Heat Exchanger => Fired Heater.

64

Данный модуль предназначен для расчета количества топливно- 1 2 го газа с заданной теплотворной способностью и сжигаемого при заданном КПД, необходимого для подогрева потока до заданной температуры.

На выходе модуля один поток, а количество входящих в модуль потоков определяется только точками присоединения к модулю. Если на вход модуля подключено несколько потоков, то автоматически реализуется функция смесителя и давление всех входных потоков приравнивается минимальному входному давлению с расчетом адиабатического расширения потоков.

Вид закладки General Data модуля представлен на рис. 5.42.

Окно ввода гидравлич.

Окно ввода Т сопротивления

на выходе

КПД

Рис. 5.42. Изображение закладки General Data

Для задания требуемого для расчета набора данных необходимо: 1. Ввести значение температуры на выходе из огневого подогревателя в соответствующих единицах измерения. Данная температура может быть не достигнута, если количество энергии, необходимой для подогрева потока, превышает мощность подогревателя

(Maximum Rating of Heater).

65

2. Ввести максимальную мощность огневого подогревателя в соответствующих единицах измерения или оставить текущее (максимальное) значение. В случае необходимости можно воспользоваться конструктором единиц измерения (рис. 5.43).

Рис. 5.43. Конструктор единиц измерения

3.Для обеспечения возможности расчета количества сжигаемого топлива в поле Optional Specifications необходимо ввести низшую теплоту горения топлива (Heating Value of Fuel). В случае необходимости можно воспользоваться конструктором единиц измерения.

4.В поле Optional Specifications также имеется возможность ввода гидравлического сопротивления огневого подогревателя (Delta Pressure) в соответствующих единицах измерения и КПД подогревателя (Efficiency).

Выше описаны не все вспомогательные модули, имеющиеся

вбазе данных по процессам Design-II for Windows, а лишь минимальный набор наиболее широко использующихся модулей, достаточных для создания ХТС при выполнении учебных заданий. Для изучения возможностей других вспомогательных модулей Design-II for Windows следует читать Design II Reference Guide, выход на ко-

торый возможен через Help.

Ниже будут рассмотрены основные представленные в Design-II for Windows модули реакторов, знание возможностей которых необходимо при выполнении учебных заданий: стехиометрический реактор, равновесный реактор и реактор идеального вытеснения.

66

5.11. Стехиометрический реактор (Reactor)

Стехиометрический реактор предназначен для расчета материального и теплового балансов одной химической реакции при известной степени превращения по ключевому компоненту. В качестве

и с двухфазными потоками. Однако для большинства режимов работы на вход реактора должны подаваться только однофазные газовые потоки. Если на вход модуля подключено несколько потоков, то автоматически реализуется функция смесителя и давление всех входных потоков приравнивается минимальному входному давлению с расчетом адиабатического расширения потоков с большим давлением. На выходе из реактора может быть только один поток.

Вид закладки General Data модуля представлен на рис. 5.45.

Всвязи с тем, что реактор имеет большое количество вариантов ввода исходных данных, рассмотрим порядок пользования опциями модуля на примерах.

Вкачестве примера при рассмотрении модели стехиометрического реактора (Stoichiometric Reaction) используем экзотермическую химическую реакцию горения метана:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.

Для задания необходимого для расчета набора данных необходимо:

1. В поле Reaction Type отметить опцию Stoichiometric Reaction

(см. рис. 5.45).

67

2. В поле Heat Transfer с использованием ниспадающего меню выбрать вариант расчета теплового баланса:

–Temperature Out – температура на выходе реактора. Необходимо будет ввести температуру на выходе реактора.

–Adiabatic Reactor – адиабатический реактор. Будет проведен расчет теплового баланса для адиабатических условий.

–Isothermal Reactor – изотермический реактор. Температура на выходе реактора равна температуре на входе, а при наличии нескольких входящих потоков– равна температуре после их смешения.

–Reactor Duty – адиабатический реактор с дополнительной тепловой нагрузкой. Необходимо ввести величину дополнительной тепловой нагрузки в соответствующих единицах измерения, которая будет учтена при расчете теплового баланса. При отводе тепла из реактора вводится отрицательное число, а при подводе – положительное.

Вариант расчета Кнопка задания теплового баланса: данных по реакции

Поле выбора типа модели реактора

Кнопка для ввода данных по энтальпии образования для веществ с ID > 99

Рис. 5.45. Изображение закладки General Data

68

3.Ввести уравнение химической реакции, ключевой компонент

истепень превращения. Для перехода нажать кнопку Stoichiometric Reaction Details (рис. 5.46).

Рис. 5.46. Изображение окна для ввода химической реакции

Для ввода необходимого набора исходных данных в этом окне следует:

–В поле Overall Stoichiometric Coefficients (стехиометрические коэффициенты), кликая указателем мыши по веществам, ввести через поле ввода все стехиометрические коэффициенты химической реакции с учетом того, что реагенты вводятся со знаком минус.

–В ниспадающем меню выбрать ключевой компонент (Key Component), т.е. компонент, по которому будет задаваться степень превращения.

–В поле Conversion of Key Component (степень превращения ключевого компонента) задать степень превращения по ключевому компоненту в долях или процентах.

Заполнение поля Heat of Reaction per Mole of Key Component (эн-

тальпия реакции, отнесенная к моли ключевого компонента) не является обязательным, так как если используются компоненты с ID < 99, то тепловой баланс будет считаться автоматически. Однако число, введенноев данноеполе, имеет приоритетнад расчетным значением.

69

(!!!) При вводе исходных данных следует иметь в виду, что при работе в режиме Stoichiometric Reaction модуль позволяет рассчитывать материальный и тепловой балансы любых реакций, включая принципиально невозможные и не уравненные по коэффициентам.

4. Если вещества, используемые в химической реакции, имеют порядковый номер по базе данных (ID) больше 99, то расчет теплового баланса для химической реакции будет проведен неверно, так как для этих компонентов в базе данных Design-II отсутствуют значения энтальпии образования. Для ввода энтальпий образования (Heat of Formation)

следуетнажатькнопкуComponent Heat of Reaction Properties (рис. 5.47).

Поле для ввода данных по энтальпии образования

Меню ед. измерения

и конструктор Поле для ввода ед. измерения данных

по энтропии образования

Рис. 5.47. Изображение окна Component Heat of Reaction Properties

Следует обратить внимание, что в таблице имеется два поля для ввода стандартных энтальпий образования веществ (при 298 К), находящихся в различном фазовом состоянии: Heat of Formation – для веществ в газовой фазе и Heat of Formation (Liquid) – для веществ в жидкой фазе1.

1 Значения энтальпий образования для веществ можно взять из справочной литературы, например из справочника: Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.:

Химия, 1968. 469 с.

70