Zadanie ChemCad - Batch Reaktor

Transkrypt

1 Zadanie ChemCad - Batch Reaktor Opracowanie: dr inŝ. E.Wolak Treść zadania: Octan sodu powstaje w wyniku reakcji: NaOH + C2 H5COOCH3 C2H5OH + CH3COONa Wodorotlenek sodu i octan etylu zasilają reaktor okresowy o parametrach wejściowych: stęŝenie mieszaniny reakcyjnej 0.1M, temp. 25 o C i ciśnieniu Pa. Szybkość reakcji jest stała i wynosi sec ltr/mol. Przeprowadzić symulację dynamiczną dla reaktora typu Batch trwającą 30minut oraz wygenerować wykres zmiany stęŝenia wodorotlenku sodu w funkcji czasu. Procedura pracy: 1. Tworzenie schematu układu (flow sheet). 2. Rozpoczęcie zadania: wybór jednostek (engineerin units), substancji chemicznych (components), opcji termodynamicznych (thermodynamics settings). 3. Wprowadzenie danych zasilających reaktor Batch (Batch Charge/Add). 4. Prowadzenie symulacji dynamicznej (run the dynamic simulation). 5. Przegląd wyników obliczeń. 6. Opracowanie raportu końcowego. Krok 1. Tworzenie schematu układu (flow sheet). Wybierz z biblioteki aparatów (palette) i wklej ikonę batch reactor do okna roboczego programu.

2 Krok 2. Rozpoczęcie zadania: wybór jednostek (engineerin units), substancji chemicznych (components), opcji termodynamicznych (thermodynamics settings). Wybór jednostek (engineerin units): Z menu głównego wybierz Format, następnie Engineering Units. Wybierz jednostki w układzie SI oraz temperatura w o C, ciśnienie Pa, czas sec, ilość substancji mol. Wybieranie substancji chemicznych (components): Z menu głównego wybierz Thermophhysical, następnie Select Components. Znajdź wodorotlenek sodu (sodium hydroxide), octan etylu (ethyl acetate), octan sodu (sodium acetate), etanol (ethanol), woda (water). Wybierz wszystkie substancje.

3 Po wybraniu składników pojawi się okno dialogowe Thermodynamics Wizard. NaleŜy określić przedział Temperatury i Ciśnienia pracy reaktora, proszę przyjąć taki jak podpowiada program. Pojawi się okno z zapytaniem czy wprowadzać electrolyte package wybierz No. Program automatycznie proponuje równanie do obliczenia równowagi termodynamicznej K-value oraz entalpii H. Przyjąć proponowane równania. Pominąć ostrzeŝenia Warning. Krok 3. Wprowadzenie danych zasilających reaktor Batch (Batch Charge/Add). Po wybraniu Batch Reactor pojawia się główne menu w postaci okna dialogowego: Wybierz Initial Charge i wprowadź początkowe stęŝenie i warunki pracy w reaktorze. Chemcad nie wymaga od nas wprowadzenia całkowitego stęŝenia w przestrzeni reakcyjnej, więc wprowadzamy liczbę moli wodorotlenku sodu oraz octanu etylu równą 0.1 dla kaŝdego. W warunkach temp. i ciśnienia pracy reaktora 1 litr zawiera 55,55 moli wody.

4 Batch Reactor General Information Page Wybierz: 1. Ilość reakcji: 1 2. Wykres symulacji dynamicznej: zaznacz opcję - Show plot during simulation 3. Środowisko reakcyjne: Liquid only,liquid phase reaction 4. Określenie szybkości kinetycznej: Standard 5. Thermal Mode Isothermal. Temp. 25 o C 6. Ciśnienie Pa To nie wszystko, w tym oknie dialogowym wybierz Convergence Tab Integration Parameters: wybierz tryb Semi-implicit RK4 oraz step size 1. Zostaw pole Tolerance puste. Zaakceptuj wprowadzone dane.

5 Rate Equation Units 1. Stoichiometric Equation basis: wybierz - Use mole basis for Stoichiometry and rate eqn Jednostka mol 2. Czas sekundy 3. Objętość litry 4. Energia aktywacji dŝule. Klik Ok.

6 Reaction Kinetics W zadaniu mamy zadaną stałą szybkość reakcji. Definiujemy Frequency factor Wprowadź współczynniki stechiometryczne (plus dla produktów, minus dla substratów). Klik Ok. Set Screen Information Batch Reactor Run time Plot options 1. Czas sekundy 2. Jednostki składu mole 3. Wybrany składnik wodorotlenek sodu 4. Skala wykresu Ymax 0.1, Ymin 0,

7 Krok 4. Prowadzenie symulacji dynamicznej (run the dynamic simulation). Z menu głównego wybierz Run, następnie Dynamics. Pojawi się następujące okno dialogowe: 1. Set run time w zakładce: General wybierz liczbę kroków operacyjnych 1. W zakładce Step 1 wybierz Run time 30min oraz Step size 0.1 min (6sec). Zaakceptuj.

8 2. Record unit operations Wprowadź numer ID 3. Run from initial state Wybranie tej opcji prowadzi do przeprowadzenia symulacji zgodnie z wprowadzoną specyfikacją. Jeśli dane zostały wprowadzone poprawnie pojawi się wykres zmiany stęŝenia Na OH w funkcji czasu oraz okno dialogowe: Dynamic run finished.

9 Krok 5. Przegląd wyników obliczeń. Z menu głównego wybierz Plot, następnie Dynamic Plots i Batch Reactor/DVSL History. Otwiera się okno dialogowe Batch Reactor Plot Options. Ustawiamy opcje wykresu i akceptujemy. Wygenerowaliśmy w ten sposób wykres zmiany stęŝenia wybranego składnika w czasie.

10 Wyniki moŝna równieŝ wygenerować w postaci punktów zapisanych w programie Excel. W tym celu z menu wybierz opcje Chart a następnie Data to Excel CSV file. Chemcad przetransportuje dane do programu Excel.

11 Kolejny sposób prezentacji i zapisania wyników moŝna wygenerować w postaci raportu. W tym celu wybierz z okna głównej symulacji z menu głównego Chemcada Report. 1. Format Reports mamy trzy opcje Flow rate format: F, E, G. Wybierz F a następnie No. of digits after the decimal point wybierz 4. W opcji Overall Report Format wybierz Standard, co pozwoli wygenerować raport w postaci wordpad. 2. Batch Results wygenerowaliśmy raport w postaci wordpad.

12