Моделирование теплового и материального баланса емкости с паровой рубашкой при изменении поверхности теплопередачи

Смесь в емкости состоит из двух питающих потоков Q_A и Q_B, причем жидкость в каждом из них имеет свою теплоемкость c_A и c_B. Модель емкости с тепловой рубашкой представлена на рисунке 10. Предположим, что плотность теплопередачи между паровой рубашкой и содержимым емкости значительно изменяется из-за изменения уровня. Изменением плотности пренебрегаем (ρ=const). По выражению (5) составим уравнение материального баланса:

. (5б)

Уравнение теплоемкости содержимого емкости:

,

где C - концентрация;

ρ - плотность жидкости, кмоль/м³.

РД – регулятор давления.

Рисунок 10 - Модель емкости с тепловой рубашкой

Для того, чтобы определить концентрации С_А и С_В необходимо составить уравнения материальных балансов для компонент А и В. Используя выражение (5), запишем:

- для A ,

- для B .

При изменении объема V поверхность теплопередачи S меняется по уравнению

,

где D –диаметр емкости.

Составим уравнение, которое характеризует поток тепла Ф от паровой рубашки

, (7)

где K – общий коэффициент теплопередачи через стенку рубашки. Температуру Т₂ определяют из уравнения теплового баланса для емкости, используя при этом выражение (5)

,

а, температуру в рубашке Т_руб из выражения Т_руб=f(P_руб), для чего необходимо задать граничные и начальные условия. Граничными условиями являются давление в рубашке Р_руб, втекающие компоненты Q_A и Q_B, вытекающие Q₂ и температура Т_A и Т_B. Начальные условия: объем V₀, концентрация по компонентам А и В и начальная температура Т₂.

Концептуальная модель емкости с тепловой рубашкой представлена на
рисунке 11.

Рисунок 11 - Концептуальная модель емкости с тепловой рубашкой

Дата добавления: 2015-08-18