Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
6 CSTR / General Reactor Dynamics Tab

6 CSTR / General Reactor Dynamics Tab

Tải bản đầy đủ - 0trang

www.thuvien247.net

9.7 Plug Flow Reactor (PFR) Property View



PFR ((Plug Flow Reactor, hoặc Tubular Reactor) có dạng ống hình

trụ. Dòng chất phản ứng theo mơ hình dòng đẩy lý tưởng, khơng có

sự khuấy trộn, các dòng đi xun tâm đẳng hướng (khơng có chênh

lệch khối lượng hoặc nhiệt độ). Sự xáo trộn quanh trục khơng đáng

kể có thể bỏ qua.

Bởi vì dòng chất phản ứng chuyển động liên tục dọc theo chiều dài

ống phản ứng, nên nồng độ xung quanh trục là cao hơn. Tốc độ

phản ứng lại phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng, vì vậy tốc độ

phản ứng sẽ biến thiên dọc theo trục (coi phản ứng là bậc khơng).

Xem xét cách giải bài tốn với thiết bị PFR (có chênh lệch dọc theo

trục của nồng độ các cấu tử, nhiệt độ phản ứng,…). Thể tích thiết bị

phản ứng được chia thành những phần nhỏ. Trong mỗi phần tử thể

tích này, phản ứng xảy ra với tốc độ được coi như là như nhau. Cân

bằng mol tính tốn cho mỗi phần tử thể tích j như sau:



F j 0 − F j + ∫ r j dV =

V



dN j

dt



Bởi vì tốc độ phản ứng coi như là như nhau trong mỗi phần tử thể

tích, nên số hạng thứ ba của biểu thức trên là rjV. Trong mô phỏng

tĩnh, vế phải của biểu thức trên bằng không, và biểu thức trên sẽ

được rút gọn thành:

Fj = Fj0 + rjV

Có hai cách để thiết lập thiết bị phản ứng PFR:

§ Bấm phím F12 và chọn Plug Flow Reactor từ Unit Ops view

27



www.thuvien247.net

§ Hoặc chọn Plug Flow Reactor trong Object Palette.

9.7.1 PFR Design Tab

PFR Design Tab gồm 5 trang:



Page



Input Required



Conections Nhập dòng nguyên liệu và sản phẩm

Parameters Cung cấp đặc điểm của độ giảm áp suất và

dòng năng lượng

Heat

transfer



Cho phép xác định các thông số truyền nhiệt



User

Variable



Tạo các biến số sử dụng trong hoạt động của

thiết bị



Notes



Thêm các chú ý vào thiết bị



Connections Page



Trong Connection Page có thể đặt tên thiết bị cũng như cung cấp

tên dòng nguyên liệu, sản phẩm và năng lượng. Chú ý rằng, nếu

28



www.thuvien247.net

khơng cung cấp dòng năng lượng thì thiết bị được coi là hoạt động

ở chế độ đoạn nhiệt.

Object



Input Required



Inlets



Cung cấp tên của dòng nguyên liệu vào



Outlets



Cung cấp tên dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị



Energy

Trong field name, khơng bắt buộc phải khai

(Optional) báo dòng năng lượng, tuy nhiên trong trường

hợp này HYSYS sẽ giả định thiết bị hoạt động

ở chế độ đoạn nhiệt



Parameters Page



Để bỏ qua PFR

trong q trình

tính tốn, nhấn

vào Ignore check

box. Hysys sẽ bỏ

qua thiết bị cho

đến khi kích hoạt

lại bằng cách xóa

khơng chọn check

box.



Parameters Page chia thành 3 phần, từ đó có thể chỉ thị cho

HYSYS tính tốn độ giảm áp suất, trao đổi nhiệt và quyết định hoạt

động của thiết bị



Delta P

Trong group này, có thể chọn một trong những phím có sẵn để tính

tốn độ giảm áp suất qua thiết bị

29



www.thuvien247.net



Khi bạn chọn

Ergun Equation,

Độ giảm áp suất

đổi màu từ xanh

sang đen. Nghĩa

là giá trị này đã

được tính bởi

Hysys.



Radio

button



Description



User

Specified



phải chỉ định độ giảm áp suất trong ô Pressure

Drop

HYSYS sử dụng phương trình Ergun để tính

tốn độ giảm áp suất qua PFR. Phương trình

này bao gồm các giá trị kích thước, dòng mà

cung cấp cho PFR



Ergun

Equation

Nếu bạn chon

Ergun

Equation và

khơng có xúc

tác trong phản

ứng, Hysys sẽ

tự động cài đặt

∆P = 0.



Trong đó: ∆P : độ giảm áp suất

gc : trọng lực Newton

L : chiều dài thiết bị

Φs : hạt hình cầu

Dρ : đường kính hạt xúc tác

ρ : tỷ trọng chất lỏng

V: vận tốc chất lỏng trên bề mặt

ngoài hoặc trong tháp rỗng

ε : tỷ lệ hốc

μ : độ nhớt chất lỏng



Duty

Trong tính tốn trao đổi nhiệt, có thể chọn các radio button sau:

Radio

Button



Description



Formula



Sau khi cung cấp các thông tin về hệ số

truyền nhiệt, HYSYS sẽ tự động tính tốn

dòng năng lượng



Direct Q

Value



có thể trực tiếp cung cấp giá trị dòng năng

lượng



Có thể xađịnh dòng năng lượng là Heating hoặc Colling. Nếu là

Heating giá trị của dòng mang dấu cộng, Colling - mang dấu trừ.

Lựa chọn trong SS

Duty Calculation

Option Group

được chuyển sang

Heat Transfer

group trong

Parameters Page.



Heat Transfer Page

Các dạng của Heat Transfer Page tùy thuộc vào việc chọn trong

giao diện SS Duty Calculation Option, hoặc Formula hoặc Direct Q

Value (xem hình dưới đây).

30



www.thuvien247.net

Direct Q Value Option



Nếu chọn Direct Q Value, giao diện Heat Transfer gồm có ba

Object như hình trên.

Objects



Mơ tả



Energy Stream



Tên dòng năng lượng



Duty



Năng suất của dòng năng lượng



Heating/ Colling Lựa chọn một trong hai chế độ của dòng năng

lượng, nếu là Heating giá trị dòng mang dấu

cộng, Colling mang dấu trừ.

Formula Option

Với Formula

Option, phải khai

báo một dòng năng

lượng gắn vào

PFR. Khơng thể sử

dụng tùy chọn này

trong các điều kiện

đoạn nhiệt.



Bỏ qua sự trao

đổi nhiệt của

thành ống.



31



www.thuvien247.net

Với Fomula Option, chỉ định HYSYS tính tốn chính xác hiệu

suất của mỗi phần tử thể tích của PFR, sử dụng hệ số trao đổi nhiệt

cục bộ ở trong và ngoài mỗi ống PFR với các phương trình sau:



Qj = UjA(Tbulkj – Toutj)

Trong đó: Qj= Nhiệt trao đổi cho phần tử thể tích j

Uj=Hệ số trao đổi nhiệt tồn phần của phần tử thể tích j

Giá trị cuối cùng

trong phương

A= Diện tích bề mặt ống PFR

trình đại diện cho

Tbulkj= nhiệt độ trong thể tích chất lỏng

độ dày thành ống

và độ dẫn nhiệt

của vật liệu làm

ống được coi là

khơng đáng kể và

bỏ qua trong tính

tốn PFR.



Toutj= nhiệt độ bên ngồi ống PFR (dòng lỏng ngồi ống)

1/U = 1/hout + 1/hw + xw/km

Trong đó:



U= Hệ số trao đổi nhiệt toàn phần

hout= hệ số trao đổi nhiệt cục bộ bên ngoài ống

hw= hệ số trao đổi nhiệt cục bộ trong ống PFR



Nếu xác định

Heat Flow trong

Energy Stream

property view và

chọn phím

Formula trên

Heat Transfer

page, việc giải

bài tốn sẽ gặp

trở ngại. Bạn

khơng nên chọn

duty và nên để

HYSYS tính tốn.



xw/km= giới hạn trao đổi nhiệt của thành ống (bỏ qua

trong tính tốn)

Trong mỗi phần tử thể tích, nhiệt được trao đổi giữa dòng lỏng bên

trong ống PFR và dòng lỏng bên ngồi ống (utility fluid). Có 2

nhóm trong Heat Transfer Page cho phép cung cấp các thông số

sẽ được sử dụng.

Heat Medium Side Heat Transfer Infos Group



Trong nhóm này có thể thay đổi các thơng số sử dụng để tính tốn

nhiệt lượng Qj cho dòng ra của mỗi phần tử thể tích của PFR.

32



www.thuvien247.net

Parameter



Formula Input Required

Variable



Wall Heat Transfer hout

Coefficient



Xác định giá trị hệ số truyền

nhiệt cục bộ. Từ giá trị UA,

trong trường hợp này U là hệ

số truyền nhiệt cục bộ, bằng

hằng số, thay đổi theo chiều

dài, đường kính hoặc số ống

(thực hiện trong Dimensions

page) sẽ ảnh hưởng đến hout



Mole Flow



m



Lưu lượng mol của dòng lỏng

trao đổi nhiệt



Heat Capacity







Nhiệt dung của dòng lỏng trao

đổi nhiệt



Inlet Temperature



T



Nhiệt độ của dòng lỏng vào

PFR



Calculated Duty



Qj



Duty được tính tốn cho mỗi

phần tử thể tích của PFR



Phương trình sử dụng để tính tốn nhiệt độ của dòng lỏng bên ngồi

ống (utility fluid) đi vào mỗi phần tử thể tích j là:

Qj = mρCρ(Tj – Tj+1)



Tube Side Heat Transfer Info Group

Trong group này có thể chọn cách thức tính hệ số trao đổi nhiệt cục

bộ (hw) bằng cách chọn một trong ba hộp chọn User, Epirical và

Standar, sau đó điền các thông số yêu cầu như trong bảng dưới đây:



33



www.thuvien247.net



Hysys mặc định :

A = 1.6

B = 0.51

C = 0.33



Radio

Button



Description



User



Xác định giá trị

của hệ số trao

đổi nhiệt cục bộ

trong User

Specified



Epirical



Sử dụng phương

trình kinh

nghiệm để xác

định hệ số trao

đổi nhiệt

hw = A * FlowB

Có thể chọn đại

lượng cơ bản

cho phương trình

tính tốn là

Molar, Mass,

hoặc Volume



Standar



Tính tốn hw dựa

vào chỉ số

Nusselt:

Nu = A*ReB*PrC

hw = Nu*kg/Dρ



view



User Variable Page

User Variable Page cho phép thiết lập và xác định các biến trong

HYSYS. Xem thông tin chi tiết trong User Variables option,

Chapter 5 - User Variables của tài liệu Customization Guide.

Notes Page

Ghi chép các thông tin, chú thích cần thiết liên quan đến PFR hoặc

q trình mơ phỏng nói chung.

34



www.thuvien247.net

9.7.2 Reactions Tab

Chọn Reaction Set trong Reaction Tab. Chú ý rằng PFR Reaction

chỉ thực hiện ba loại phản ứng là Kinetic, Heterogeneous

Catalytic, Simple Rate. Tab này gồm ba trang: Overall, Details và

Results.

Overall Page



Page này chia làm ba group: Reaction Info, Integration

Information, và Catalyst Data.

Reaction Info Group



Phần này phải cung cấp hai thơng tin: Reaction Set sử dụng để

tính toán và lựa chọn phương pháp Initialize segment. Chọn phản

ứng từ danh sách kéo thả phản ứng đã gắn vào Fluid Pakage mà

sử dụng trong environment.

35



www.thuvien247.net

Như đã mô tả trước đây, PFR được phân chia thành các phần tử

bằng thuật tốn giải reactor: HYSYS sẽ tính tốn cho mỗi phần tử

của reactor. Các phản ứng trong các phần tử được tính tốn bằng

các phương pháp sau:

Đặt giá trị

khởi đầu



Mơ tả



Current (hiện

thời)



Đặt giá trị khởi đầu từ các phần tử hiện thời

(current segment)



Previous



Đặt giá trị khởi đầu từ các phần tử trước đó

(previous segment)



Re-init



Đặt giá trị khởi đầu lại tính tốn phản ứng

từ phần tử hiện thời.



Integration Information



Chiều dài của mỗi

phân đoạn là hằng

số trong suốt q

trình tính tốn. Tuy

nhiên, nếu một giải

pháp khơng đạt được

trong một phân đoạn

riêng lẻ, nó sẽ được

chia thành các phần

nhỏ hơn đến khi đạt

được kết quả. Điều



Nhóm này gồm ba fields:

Field



Mơ tả



Number of segment



Số các phân đoạn muốn chia PFR

thành



Minimum Step Fraction



Số bước tối thiểu thực hiện tính

tốn trong phân đoạn



Minimum Step Length



Chiều dài tối thiểu của phân đoạn

PFR reactor



Trong q trình tính tốn trong mỗi phân đoạn, HYSYS sẽ thực

hiện tính tốn trên tồn bộ chiều dài của phân đoạn. Nếu khơng có

kết quả, phân đoạn hiện thời sẽ được chia đôi, và HYSYS sẽ lại

thực hiện tính tốn trên nửa đầu của phân đoạn. Phân đoạn sẽ tiếp

tục được chia đôi cho đến khi phép tính có lời giải đúng. Phân đoạn

được chia đến khi chiều dài của nó nhỏ hơn chiều dài tối thiểu

(Minimum Step Length) thì q trình tính tốn sẽ dừng lại.

36



www.thuvien247.net

Catalyst Data



Nếu trong Ratings Tab đặt độ rỗng (Void Fraction) của phân đoạn

nhỏ hơn 1 tức là trong Reactor có xúc tác, hộp thoại Catalyst Data

sẽ hiển thị, các thông số sau của xúc tác cần được cung cấp:

Field



Description



Particle Diameter Đường kính các hạt xúc tác, giá trị mặc định

là 0.001m

Particle

Sphericity

(độ cầu của hạt

xúc tác)



Solid density

(tỷ trọng biểu

kiến)



Bulk Density

(tỷ trọng đổ)



Được định nghĩa là bằng diện tích bề mặt hình

cầu có cùng thể tích với hạt xúc tác chia cho

diện tích bề mặt của hạt. Hạt có dạng hình cầu

sẽ có Sphericity bằng 1. Diameter và

Sphericity được sử dụng để tính tốn độ giảm

áp (trong biểu thức tính độ giảm áp Ergun)

nếu hạt khơng phải hình cầu.

Cho biết mật độ phần rắn của hạt xúc tác, bao

gồm cả không gian của các mao quản bên

trong hạt xúc tác, bằng khối lượng chia cho

tồn bộ thể tích của hạt, nghĩa là bao gồm cả

thể tích mao quản. Giá trị mặc định là

2500kg/m3

Bằng Solid density nhân với một trừ đi thể

tích mao quản

ρb = ρs*(1-εma)



(kg/m3)



Trong đó: ρb: tỷ trọng đổ của xúc tác

ρs: tỷ trọng biểu kiến của xúc tác

εma: thể tích mao quản của xúc tác

Solid Heat

Capacity



Nhiệt dung của vật rắn, được sử dụng để tính

enthalpy trong mơ phỏng động. Tỷ trọng đổ

cũng được sử dụng trong tính tốn này.



37



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

6 CSTR / General Reactor Dynamics Tab

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×