Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Optymalizacja wybranych procesów inżynierii chemicznej z dyspersją wzdłużną

100%

Poświata A.

|

tom Vol. 40, z. 1

3--159

PL

W pracy przedstawiono problem optymalizacji dwóch wybranych procesów inżynierii chemicznej. Rozważano proces fluidalnego ogrzewania rozdrobnionego ciała stałego w poziomym fluidyzacyjnym wymienniku ciepła oraz reakcje chemiczne przebiegające w rurowym reaktorze przepływowym. Uwzględniono, że w strumieniu materiału przepływającym wzdłuż aparatu zachodzi proces mieszania na skutek występowania dyspersji wzdłużnej (osiowej). Opisano modele matematyczne dla rozważanych procesów i metodę ich przekształcenia do postaci umożliwiającej zastosowanie w wybranym algorytmie optymalizacyjnym - ciągłym algorytmie zasady maksimum, tzw. algorytmie Pontryagina. Dla problemu ogrzewania fluidalnego jako wskaźnik jakości przyjęto funkcję opisującą całkowity koszt tego procesu. Ten wskaźnik jakości przekształcono do równoważnej postaci, w której koszty procesu wyrażone są w jednostkach egzergii. W obliczeniach optymalizacyjnych poszukiwano optymalnego profilu temperatury gazu wzdłuż aparatu fluidyzacyjnego oraz optymalnej wartości przepływu tego gazu. W pierwszym etapie obliczenia optymalizacyjne przeprowadzono dla procesu ogrzewania z tłokowym przepływem ciała stałego wzdłuż wymiennika, następnie rozszerzono model, uwzględniając dyspersję wzdłużną, która opisuje proces mieszania się cząstek ciała stałego wzdłuż aparatu. Obliczenia przeprowadzono dla szerokiego zakresu parametrów procesu i parametrów ekonomicznych obecnych we wskaźniku jakości. Rozpatrywano cały zakres zmienności współczynnika dyspersji od procesu przebiegającego w złożu fluidalnym z idealnym wymieszaniem ciała stałego aż do procesu - w złożu z przepływem tłokowym. W problemach optymalizacji reaktorów rurowych z przepływem dyspersyjnym analizowano problem maksymalizacji końcowego stężenia pożądanego produktu dla trzech typów pierwszorzędowych reakcji chemicznych: reakcje odwracalne, reakcje równoległe i reakcje następcze. Wyprowadzono dwie równoważne postacie wskaźnika jakości opisujące końcowe stężenie pożądanego produktu, które mogą być zastosowane w przyjętym algorytmie optymalizacyjnym. W obliczeniach optymalizacyjnych poszukiwano optymalnego profilu temperatury i czasu przebywania w reaktorze maksymalizujących stężenie właściwego produktu. W obliczeniach optymalizacyjnych analizowano pełny zakres możliwych wartości współczynnika dyspersji od reaktora z idealnym wymieszaniem do reaktora z przepływem tłokowym dla różnych wartości hamiltonianu, który jest tu miarą kosztów inwestycyjnych. Dla każdego rozważanego typu reakcji chemicznej analizowano także proces izotermiczny zarówno dla zerowych, jak i skończonych wartości hamiltonianu. Dla obu rozważanych procesów, ogrzewania fluidalnego oraz reakcji chemicznych w przepływowym reaktorze rurowym, przedstawiono i przedyskutowano otrzymane wyniki obliczeń optymalizacyjnych. Przeanalizowano wpływ poszczególnych parametrów na przebieg procesów optymalnych, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu dyspersji.

EN

The paper presents an optimization problem of two selected processes of chemical engineering in which a partial mixing process occurs due to longitudinal (axial) dispersion occurring in the stream of transformed matter flowing through the apparatus. The paper considers processes of fluidized heating of fine solid particles in a horizontal fluidized heat exchanger and chemical reactions in tubular flow reactors. Mathematical models of these processes and their adaptation to the form used in the selected optimization algorithm (continuous algorithm of the Maximum Principle, also called the Pontryagin's algorithm) are described. The performance index (quality index) used for the fluidized bed problem describes the total cost of the heating process expressed in exergy units. The optimal profile of gas temperature and total gas flowrate was to be found in the course of optimization calculations. In the first stage, optimization calculations were performed for a heating process with plug flow of solid particles, then the model was extended with longitudinal dispersion that takes into account the mixing of solid particles along the apparatus. The calculations were performed for a wide range of values of process parameters and thermo-economic parameters occurring in the performance index. The whole range of dispersion coefficient variability (from processes with ideal mixing of solids particles to processes with plug flow of these particles) was investigated. Three types of first-order chemical reactions were considered in the optimization of tubular reactors. These were reversible reactions, parallel reactions and sequent reactions. A performance index used in this problem describes the final concentration of the desirable reaction product. Two equivalent performance indexes were derived that can be applied in the used optimization algorithm. Optimization calculations were performed to determine the optimal temperature profile along the reactor and optimum residence time which maximizes the final concentration of the desired reaction product. Like in the problem of fluidized heating, a full range of dispersion coefficient values was analyzed, i.e. from the reactor with ideal mixing to the reactor with plug flow. Moreover, a wide range of Hamiltonian values that were o measure of investment costs was investigated. At the beginning of each chapter related to a particular type of the considered chemical reaction, an isothermal process was analyzed. The method of applying the Pontryagin 's algorithm for optimization of isothermal processes was discussed for various Hamiltonian values. For both considered processes, the results of optimization calculations were presented and discussed to analyze the influence of process parameters on the optimal run of processes and especially the influence of the dispersion rate. Despite such different processes and quality indicators we can identify some characteristic similarities for dependences between optimal apparatus size and dispersion coefficients, as well as Hamiltonian values.

2

O dwóch zagadnieniach optymalizacyjnych w projektowaniu reaktorów rurowych

84%

Tabiś B. , Grzywacz R.

|

2000

|

tom Nr 1

16-19

PL

Analizowano dwa popularne modele nieizotermicznych reaktorów rurowych, a mianowicie model z dyspersją wzdłużną i model przepływu tłokowego. Wykazano istnienie optymalnej wartości liczby Pecleta w politropowym reaktorze rurowym z dyspersją wzdłużną. Podjęcie analizy ekonomicznej prowadzi również do zagadnienia optymalnej temperatury surowca w reaktorze adiabatycznym o przepływie tłokowym nawet dla reakcji nieodwracalnych.

EN

Two common models of nonisothermal tubular reactors were analysed, i.e. the model with axial dispersion and the plug flow model. The existence of optimal values of the Peclet number in a polytropic tubular reactor with axial mixing was shown. Undertaking of the economic analysis leads also to the problem of optimal feed temperature in a plug flow reactor even for irreversible chemical reactions.

3

Dyspersja wzdłużna w krystalizatorze fluidalnym

84%

Wójcik J. A.

|

tom T. 22, z. 3E

1513--1518

PL

Przedstawiono model procesu krystalizacji fluidalnej uwzględniający dyspersję wzdłużną. Przeprowadzono symulacje komputerowe i porównano wyniki z doświadczeniem Toyokury [1] i wartościami obliczonymi przy założeniu przepływu tłokowego z artykułu [2], Uzyskane dominanty rozkładów, a nawet skład ziarnowy produktu jest bliski wartościom eksperymentalnym.

EN

Model of fluidized-bed crystallizer with axial dispersion, based on the crystal flux vector in particle phase space, is introduced. Computer simulations are performed and results are compared with experiment of Toyokura [1] and plug flow model from [2]. Values of parameters of crystal size distribution calculated, especially mass fraction and the mode, are very close to experiment.