Optymalizacja wybranych procesów inżynierii chemicznej z dyspersją wzdłużną, AZ#D66B509EEB/DL-ebwm/pdf (Artur Poświata)

W pracy przedstawiono problem optymalizacji dwóch wybranych procesów inżynierii chemicznej. Rozważano cykl fluidalnego ogrzewania rozdrobnionego ciała stałego w poziomym fluidyzacyjnym wymienniku ciepła, a także reakcje chemiczne przebiegające w rurowym reaktorze przepływowym.

Uwzględniono, iż w strumieniu materiału przepływającym wzdłuż aparatu zachodzi cykl mieszania na skutek występowania dyspersji wzdłużnej (osiowej). Opisano modele matematyczne dla rozważanych procesów i metodę ich przekształcenia do postaci umożliwiającej wykorzystanie 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 słusznego profilu temperatury gazu wzdłuż aparatu fluidyzacyjnego oraz słusznej wartości przepływu tego gazu. W pierwszym etapie obliczenia optymalizacyjne przeprowadzono dla procesu ogrzewania z tłokowym przepływem ciała stałego wzdłuż wymiennika, następnie powiększono model, uwzględniając dyspersję wzdłużną, która opisuje cykl 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 cyklu 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 zaimplementowane w przyjętym algorytmie optymalizacyjnym. W obliczeniach optymalizacyjnych poszukiwano trafnego profi lu temperatury i czasu przebywania w reaktorze maksymalizujących stężenie właściwego artykułu.

W obliczeniach optymalizacyjnych analizowano pełny zakres osiągalnych wartości współczynnika dyspersji od reaktora z wyśmienitym wymieszaniem do reaktora z przepływem tłokowym dla najróżniejszych wartości hamiltonianu, który jest tu miarą kosztów inwestycyjnych.

Dla każdego rozważanego typu reakcji chemicznej analizowano także cykl izotermiczny równocześnie dla zerowych, jak i skończonych wartości hamiltonianu. Dla obu rozważanych procesów, ogrzewania fluidalnego, a także reakcji chemicznych w przepływowym reaktorze rurowym, przedstawiono i przedyskutowano otrzymane wyniki obliczeń optymalizacyjnych.

Przeanalizowano wpływ poszczególnych parametrów na przebieg procesów słusznych, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu dyspersji.