Имитационно-моделирующий комплекс для технологических процессов в электродинамических реакторах

Е.А. Шулаева, Н.С. Шулаев, Л.Р. Феоктистов
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке,
г. Стерлитамак

Системы имитационного моделирования являются одним их эффективных средств исследования химико-технологических систем. В отличие от традиционного аналитического моделирования, принцип имитационного основывается на том, что математическая модель воспроизводит процесс функционирования в режиме реального времени, при этом моделируются элементарные события, протекающие в системе с сохранением логики их взаимодействия. В данной работе приводится описание имитационно-моделирующего комплекса (ИМК) процесса дегидрирования бутенов под действием СВЧ излучения. Основным параметром, определяющим кинетику химического процесса, является температурное поле реактора, которое можно определить следующей системой уравнений:

, (1)

, (2)

. (3)

где c_pg – изобарная теплоемкость газовой смеси, Дж/(кг·К); r_g – плотность газовой фазы, кг/м³; r_s – плотность твердой фазы, кг/м³; T_g – температура газа, К; T_s – температура твердой фазы, К; l_g - теплопроводность газа, Вт/(м·К); l_s - теплопроводность твердой фазы, Вт/(м·К); Q – массовая скорость потока газовой фазы, кг/(м²·с); a – объемный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м³·К); F_ss – величина удельной поверхности слоя катализатора, м²; q_v – объемная мощность тепловых источников, Вт/м³;r_p – скорость химической реакции, кмоль/(с×кг); DH – суммарный тепловой эффект реакции, Дж/кмоль; D_e – эффективный коэффициент диффузии, м²/с; С₀ – начальная концентрация, кмоль.

ИМК, представленный на рисунке, позволяет:

1. Изучать и анализировать стадии и условия проведения процесса в электродинамическом реакторе: активацию, контактирование и регенерацию;

2. Определять зависимости выходов продуктов реакции от условий проведения процесса в электродинамическом реакторе;

3. Проводить технологический расчет реактора (объем катализатора; скорость подачи реакционной смеси; количество прореагировавшего вещества; количество тепла на входе и выходе из реактора; количество тепла, выделяемое/поглощаемое в реакторе; количество тепловых потерь; мощность источника электромагнитного излучения) при следующих заданных параметрах: скорость бутилена; объемная скорость подачи сырья; температура реакционной смеси на входе в реактор; температура контактного газа на выходе из реактора; степень превращения; степень разбавления реакционной смеси;

4. Изучать архитектуру, состав технических средств АСУ ТП позволяет интерактивная функциональная схема автоматизации с интегрированной базой данных средств автоматизации технологических процессов и их характеристик;

5. Визуализировать в трехмерном представлении реакционную установку для отображения размещения оборудования, трубопроводов и исполнительных механизмов;

6. Создавать отчеты, включающие все основные параметры проведения процесса и результаты расчетов.

7. В состав комплекса включена подсистема поддержки принятия решений по обеспечению безопасности данных процессов, направленных на быстрое определение причины инцидентов и аварий, и способов их устранения.

Благодаря модульной структуре, данный комплекс может трансформироваться за счет добавления других функциональных возможностей.

Основное окно имитационно-моделирующего комплекса

Список литературы

1. Шулаева Е.А. Моделирование процесса дегидрирования бутенов в электродинамическом каталитическом реакторе/ Бикбулатов И.Х., Даминев Р.Р., Шулаев Н.С., Шулаева Е.А., Феоктистов Л.Р. //Бутлеровские сообщения. 2011. Т.24. №1. С. 99–104. http://butlerov.com/bh-2011/.

2. Шулаева Е.А. Моделирование технологических процессов в электродинамическом каталитическом реакторе/ Шулаева Е.А., Шулаев Н.С., Феоктистов Л.Р.// Башкирский химический журнал. –2011. –Т.18, №2. – С.111–115.

Назад к списку