ChemCAD

ChemCAD

Stopnie swobody

Oznaczenia

c – ilość składnikówi – numer składnikas – ilość strumienij – numer strumieniap – ilość faz – numer fazy

Strumienie

Równania opisujące strumień

Równania Liczba równań - Równowaga termiczna

TT pn,...,1 pn - Równowaga ciśnieniowa

PP pn,...,1 pn - Równowaga potencjałów chemicznych

ii pn,...,1 cpnn

cni ,...,1 - Potencjał chemiczny zależy od zmiennych stanu oraz stężenia

cnii zzPT ,...,,, 1 pn,...,1 cpnn

cni ,...,1 - Suma udziałów molowych

011

cn

iiz pn,...,1 pn

- Bilans molowy

pn

ii zNN1

cni ,...,1 cn

- W układzie nie ma reakcji chemicznej

0ii NN cni ,...,1 cn

Całkowita liczba równań: n = np(2nc+3)+2nc

Zmienne w równaniach strumieni

Ilość zmiennych np+1 np+1 npnc + nc

npnc

np

nc

nc

m=2 + 2np +2 npnc + np+3nc= np (2nc+3) +3nc +2

Liczba stopni swobody strumieni s = m – n = np(2nc+3) +3nc +2 - np(2nc+3)-2nc s = nc+2

Typowe parametry: Fi, T, P lub: zi, F, T, P przy czym i=nc-1 bo zi=1

Podając te parametry nie można już podać udziału faz czy entalpii

ChemCAD

Stopnie swobody operacji jednostkowych

Każda operacja jednostkowa ma charakterystyczną liczbę stopni swobody

Wpisując dane aparatu należy podać właściwą ilość parametrów– Zbyt mała ilość uniemożliwia obliczenia ze

względu na brak danych– Zbyt duża, ze względu na przesztywnienie

układu

Mieszalnik strumieni R ó w n a n i a L i c z n a r ó w n a ń L i c z b a z m i e n n y c h B i l a n s s k ł a d n i k ó w

0,

1

1,

nsi

ns

jji FF cni ,...,1 cn cs nn

B i l a n s e n t a l p i i

01

1 1,

nsns

ns

j

nc

ijji hFhF 1 sn

g d z i e

jncjjjj zzPThh ,,1 ,...,,, snj ,...,1 n s 2 n s + n s n c

nc

ijij FF

1, snj ,...,1 n s n s

j

jiji F

Fz ,

, snj ,...,1 n s n c

cni ,...,1 C i ś n i e n i e s t r u m i e n i a w y l o t o w e g o m o ż e b y ć o b l i c z o n e w e d ł u g

11 ,...,,...,min nsjns PPPP 1

scsc nnnnn 22 scs nnnm 42

s=m-n=2nsnc+4ns-(nsnc+nc+2ns+2)

s=nsnc+2ns-nc-2=ns(nc+2)-nc-2

s=ns(nc+2)- (nc+2)

Mieszalnik strumieni

Mieszalnik strumieni 21 cs nnnms

Stopnie swobody strumieni

Stopnie swobody aparatu

Koniecznym jest zdefiniowanie ns-1 strumieni wchodzących/wychodzących z aparatuMogą to być:•Wszystkie strumienie wchodzące•Strumień wychodzący i ns-2 strumieni wchodzących (Autocalc)

Autocalc

Umożliwia dokonanie obliczeń wstecz (iteracja)– Dane są parametry wyjściowe z aparatu– Brak części danych wlotowych– Tryb autocalc pozwala wyznaczyć

brakujące dane wlotowe– Zmiana trybu obliczeń:

menu/run/convergence-Calculations sequence

Rozdzielacz strumieni

1FF

a jj snj ,...,2

Parametr: stosunek strumieni

Ilość niezależnych parametrów aj: ns-2 bo:

12

ns

jja

12

FFns

jj

lub


R ó w n a n i a L i c z b a r ó w n a ń L i c z b a z m i e n n y c h B i l a n s e s k ł a d n i k ó w

0,1, jiij FFa cni ,...,1

1,...,2 snj cs nn 2 22 sccs nnnn

01 ,1,

1

2

nsii

ns

jj FFa cn cn

R ó w n o w a g a t e m p e r a t u r i c i ś n i e ń

nsj TTTT ......21 1sn sn

n sj PPPP ......21 1sn sn

21 cs nnn 23 scs nnnm

Dla str. od 2 do ns-1

Dla str. ns


Liczba stopni swobody:

22 scsc nnnnnms

nc+2 parametry zdefiniowane są strumieniem wlotowym

ns-2 parametry należy podać – zwykle to stosunki natężeń przepływu aj


O 1 stopień więcej!!


0,1, jiij FFa cn,...,1i

1sn,...,2j cs n2n 22 sccs nnnn

0,1,

1

2

nsii

n s

jj FFaA cn 1cn

R ó w n o w a g a t e m p e r a t u r i c i ś n i e ń

n sj TTTT ......21 1sn sn

nsj PPPP ......21 1sn sn

21 cs nnn 13 scs nnnm


12

Aans

jj

121 scsc nnnnnms

Rozdzielacz ciecz-para

Ciecz

Para

Zasilanie

R ó w n a n i a L i c z b a r ó w n a ń L i c z b a z m i e n n y c h B i l a n s e m o l o w e

0 LVF 1 3

0 iii xLyVzF 1cn 13 cn

R ó w n o w a g a

LVF TTT 2 3 LVF PPP 2 3

iii xKy 1cn 1cn

011

nc

iix 01

1

nc

iiy

g d z i e

LVncncii TTyyxxKK ,,,...,,,..., 11 cn

33 cnn 54 cnm


Ciecz

Para

Zasilanie

Liczba stopni swobody

2 cnnms

Wszystkie stopnie swobody na określenie strumienia wlotowegoNie ma możliwości swobodnego zdefiniowania żadnego parametru

Rozdzielacz składników(CSEP)

Odpowiada procesom:– Rektyfikacji– Absorpcji– Ekstrakcji

Parametr charakterystyczny aparatu: stosunki natężeń przepływu składników – rozdział (split)

1,

2,

i

ii F

F cni ,...,1


03,2,1, iii FFF cni ,...,1 cn cn3

R ó w n a n i a r o z d z i a ł u s k ł a d n i k ó w

1,2, iii FF cni ,...,1 cn cn

R ó w n o w a g a t e m p e r a t u r o r a z c i ś n i e ń

321 TTT 2 3

321 PPP 2 3 42 cnn 64 cnm



ccc nnnnms 222Oprócz strumienia wejściowego trzeba zdefiniować nc

parametrów – zwykle ułamki rozdziałuChemCAD dopuszcza określenie T i P strumieni wylotowych (nadmiar parametrów). Określany jest stan strumieni ale bez obliczenia bilansu cieplnego. Jest to dopuszczalne, bo w dalszej kolejności rozdzielacz zastępowany jest przez model konkretnego aparatu.


Rozdzielacz składników

Stosunki rozdziału można odnieść do górnego lub dolnego strumienia

Rozdzielacz składników


03,2,1, iii FFF cni ,...,1 cn cn3

R ó w n a n i a r o z d z i a ł u s k ł a d n i k ó w

1,2, iii FF cni ,...,1 cn cn

R ó w n o w a g a t e m p e r a t u r o r a z c i ś n i e ń

212 TTT 313 TTT 2 5

PPPP 132 2 4 42 cnn 94 cnm

3252 ccc nnnnms

Zawór R ó w n a n i a L i c z b a r ó w n a ń L i c z b a z m i e n n y c h B i l a n s s k ł a d n i k ó w

02,1, ii FF cn,...,1i cn cn2

S p a d e k c i ś n i e n i a

PPP 12 1 3 B i l a n s e n t a l p i i

021 hh 1 2 g d z i e

jncjjjj zzPThh ,,1 ,...,,, 2,1j

nc

ijij FF

1, 2,1j

j

jiji F

Fz ,

, 2,1j

cni ,...,1 2 cnn 52 cnm

Zawór

123 cc nnnms


Oprócz strumienia wlotowego można zdefiniować jeden z parametrów:

1. Spadek ciśnienia2. Ciśnienie wylotowe3. Temperaturę punktu rosy4. Temperaturę wrzenia

W p. 3 i 4 w najpierw obliczane jest ciśnienie odniesienia

ChemCAD

Documents

Transcript of ChemCAD