Цель работы:
Ознакомиться с методикой исследования аппаратов идеального перемешивания с помощью специализированного программного комплекса RTD. Представить математическую модель идеального перемешивания в дифференциальной форме и в виде передаточной функции, а также математическую модель каскада аппаратов идеального перемешивания и ее передаточную функцию. С помощью специализированного программного комплекса RTD получить выходную кривую для моделей идеального перемешивания и каскада аппаратов. Полученные результаты сохранить и включить в отчет.
Общие сведения:
Математическую модель аппарата с неидеальной структурой потоков можно составить с помощью комбинированных физических моделей:
Модель с застойной зоной (рис.1)
Застойная зона – это участок в объеме аппарата, в котором происходит слабое перемешивание, и обмен этого участка с остальным объемом аппарат затруднен. В соответствии с этим допущением весь объем аппарата может быть разделен на две части – хорошо перемешивае-мый объем Vo и объем застойной зоны Vз.
Рис.1. Модель с застойной зоной
Модель с байпасным потоком (рис.2)
Модель аппарата с байпасным потоком соответствует ситуации, когда часть вход-ного потока «проска-кивает» на выход, не смешиваясь с содержи-мым аппарата.
Модель с байпаси-рованием части потока и с застойной зоной наи-более универсальна и может быть исполь-зована для описания структуры потоков в аппаратах сложной кон-струкции.
Рис.2. Схема аппарата с байпасированием части потока: Vo – объем аппарата с интенсивным смешением; с - концентрация в объеме зоны смешения; f – доля входного потока, проходящая мимо аппарата на выход
Из уравнения материального баланса следует, что концентрацию в аппарате можно описать дифференциальным уравнением:
| (1) |
Следовательно, передаточная функция аппарата с байпасированием потока будет иметь вид:
| (2) |
Модель с байпасированием части потока и с застойной зоной наиболее универсальна и может быть использована для описания структуры потоков в аппаратах сложной конструкции.
Рис.3. Структурная модель аппарата с застойной зоной и байпасированием части потока
Математическая модель такого аппарата в виде передаточной функции будет иметь вид:
| (3) |
где f1 – отношение байпасного потока к объему аппарата;
f2 – отношение объема застойной зоны к объему аппарата;
t1 –среднее время пребывания в перемешиваемой зоне аппарата;
t2 –среднее время пребывания в застойной зоне аппарата.
Приравнивая нулю параметры модели f1, f2, t2, можно получить решения для аппарата идеального перемешивания, с застойной зоной, с байпасным потоком и с застойной зоной и байпасным потоком.
Задание по работе:
1. Создать математическую модель аппарата с застойной зоной и байпасированием части потока.
2. Решить уравнения модели в подпрограмме Simulation при значениях параметров: t 1=50; t 2=20; f 1 =0,3; f 2=0,3.
3. Сохранить кривую в файле Excel.
4. Решить модели для аппарата идеального перемешивания с общим временем пребывания t = t 1+ t 2; f 1 =0; f 2=0.
5. Сохранить полученные результаты в файле Excel.
6. Получить решения для модели с застойной зоной. Сохранить полученные данные в файле Excel.
7. Построить график в файле Excel для выходных кривых различных моделей. Составить отчет с описанием всех моделей и приведением полученных результатов.
Порядок выполнения:
Работу, как и в случае лабораторных работ №№1…3, выполняют с помощью программного комплекса RTD.
1. Для выполнения данной работы следует построить модель с помощью подпрограммы Model. Для этого в меню (рис.4) выбрать пункт Model. Откроется окно (рис.3), где выбрать пункт New и нажать кнопку Next.
| 
|
| Рис.4. Выбор подпрограммы Model | |
| Рис.5. Создание новой модели |
В открывшемся окне проекта (Design) составить модель аппарата с застойной зоной и байпасированием части потока, для чего перетащить мышкой из левого окна редактора иконку диффузионной модели в правое окно редактора, и соединить её с точками входа In и выхода Out (рис.6)
|
| Рис.6. Конфигурирование модели |
Нажав кнопку Next, в открывшемся окне выбрать пункт Save As (рис.7) для сохранения созданной модели и сохранить модель в своей папке под определенным именем.
Рис.7. Окно сохранения модели
2. Войти в подпрограмму Simulation, кликнув иконку 
на панели инструментов, и вызвать созданную модель командой Open (см. рис.8.)
Рис.8. Открытие модели в подпрограмме Simulation
3. Командами меню Parameters®Input задать параметры модели и вид возмущающего сигнала.
4. Командами меню Output получить выходную кривую.
Рис.9.Кривая отклика модели аппарата с застойной зоной и
байпасированием части потока
5. Скопировать табличные данные в Excel.
6. Выполнить пункты 1-5 для модели идеального перемешивания и для модели с застойной зоной
7. В Excel построить все три графика на одной диаграмме.
8. В отчёте по работе представить все полученные графики и таблицы.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Кафедра АТПП
По дисциплине: Моделирование процессов и объектов в химических технологиях
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
