反應(yīng)器大作業(yè)(SO2優(yōu)化)

1、化學(xué)反應(yīng)器理論大作業(yè)化學(xué)反應(yīng)器理論大作業(yè) 二氧化硫轉(zhuǎn)化器最優(yōu)化學(xué) 院： 化學(xué)工程學(xué)院 班 級(jí)： 化研1108 學(xué) 號(hào)： 2011200126 姓 名： 馬樹(shù)剛 11化學(xué)反應(yīng)器理論大作業(yè)二氧化硫轉(zhuǎn)化器的最優(yōu)化題目背景：SO21/2O2=SO3，四段絕熱反應(yīng)器，級(jí)間間接換熱。1. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：混合物恒壓熱容 Cp 0.2549kcal/kgKH =23135kcal/kmol床層空隙率 b554kg/m3進(jìn)口SO2濃度8.0%，O2濃度9.0%，其余為氮?dú)狻Ｌ幚砹?31kmolSO2/hr，要求最終轉(zhuǎn)化率98。2. 動(dòng)力學(xué)方程：式中：3. 基本要求：(1)在TX圖上，做出平衡線，至少4條等速率線；(

2、2)以一維擬均相平推流模型為基礎(chǔ)，在催化劑用量最少的前提下，總的及各段的催化劑裝量；進(jìn)出口溫度、轉(zhuǎn)化率；并在T-X圖上標(biāo)出折線；(3)程序用C，F(xiàn)ortran，BASIC語(yǔ)言之一編制；4. 討論：(1)要求的最終轉(zhuǎn)化率從97變化到99對(duì)催化劑用量的影響；(2)如果有關(guān)系：YO2YSO221，SO2進(jìn)口濃度在79之間變化，對(duì)催化劑裝量的影響。5. 選做：對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行校核。 算法簡(jiǎn)介及計(jì)算程序和結(jié)果1. 解題思路已知第一段入口和最后一段出口的轉(zhuǎn)化率；第一段入口反應(yīng)物濃度，各物性參數(shù)；段與段間采用間接冷卻?？筛淖兊膮?shù)為各段的入口溫度；段與段之間的轉(zhuǎn)化X1in T1inX1out T1out第一段

3、第二段第三段第四段X2in T2inX2out T2outX3in T3inX3out T3outX4in T4inX4out T4out率。圖2.1 反應(yīng)流程圖由上述反應(yīng)流程圖分析可知：根據(jù)已知的入口組成，設(shè)定入口溫度，根據(jù)反應(yīng)速率對(duì)入口溫度所求偏導(dǎo)數(shù)在這一段內(nèi)對(duì)組成的積分為零可以求得此段出口轉(zhuǎn)化率和出口溫度，即得到下一段的入口轉(zhuǎn)化率，又根據(jù)前一段的出口速率等于后一段的入口速率，可以求得下一段的入口溫度；這樣又可以計(jì)算下一段的出口情況。這樣反復(fù)計(jì)算直至求出最后的出口情況。判斷此出口情況是否滿足題給條件（轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%），若不滿足條件，則應(yīng)重新假設(shè)再進(jìn)行計(jì)算。這樣反復(fù)尋優(yōu)直至滿足條件。計(jì)算公

4、式如下：第一段： 第一、二段之間：第二段： 第二、三段之間：第三段： 第三、四段之間：第四段： 其中：為絕熱溫升2. 計(jì)算程序和結(jié)果2.1平衡線及等速率線的計(jì)算程序：利用反應(yīng)速度表達(dá)式，代入不同的速度值來(lái)確定不同溫度下的轉(zhuǎn)化率，從而求取等速率線和平衡線（速度等于0）。程序如下：#include math.h#include stdio.h#include iostream.h#include stdlib.hconst double R=1.987;void strcopy(char *str1,char *str2)for(int i=0; i=693.15 & t=748.15 & t=8

5、73.15) keff = 1.5128*pow(10,7)*exp(-35992 / (R*t); k = 2.3*pow(10,-8)*exp(27200/(R*t); y1 = (0.09-0.04*x) / (1-0.04*x) * (0.08-0.08*x) / (1-0.04*x) / (0.08*x / (1-0.04*x); y2 = (0.08*x / (1-0.04*x) / (0.08-0.08*x) / (1-0.04*x) * sqrt(0.09-0.04*x) / (1-0.04*x) * 2.26203*pow(10,-5)*exp(11295.3 / t); B

6、 = 48148*exp(-7355.5 / t); y3 = sqrt(B+(B-1)*(1-x) / x) + sqrt(k*(1-x) / x); y = keff*k*y1*(1-y2*y2) / (y3*y3); return y; void main() double x,t,d; double r0=0,step=0.0001; FILE *fp; char filename6; for(int i=0; i=1) goto next;d=fabs(pow(10,5)*rate(x,t) - pow(10,5)*r0);while(d0.001);switch(i)case 0:

7、strcopy(filename,data0);break;case 1:strcopy(filename,data1);break;case 2:strcopy(filename,data2);break;case 3:strcopy(filename,data3);break;case 4:strcopy(filename,data4);break;default:strcopy(filename,data5);fp=fopen(filename,a);if (x-0.0001)1) printf(Xso2= %f T= %fn,x-0.0001,t); fprintf(fp,%f %fn

8、,x-0.0001,t); fclose(fp);next: t+=5; while(t0?x:(-x); double r(double x,double t) double y,y1,y2,y3,keff,k,b; if(t=693.15 & t=748.15 & t873.15) xout = x1; goto end; sum = sum + h*( fun1(x1,t1) + fun1(x2,t2) / 20; x1=x2; while(sum0); xout = x1-h/10;end: return(xout); double wjifen(double xin,double x

9、ou,double tin) double x1=xin,x2,t1,t2,sum=0.0,wcat; do t1=t(tin,xin,x1); x2=x1+h; t2=t(tin,xin,x2); sum = sum + (1/r(x1,t1) + 1/r(x2,t2)*h / 2000; x1=x2; while(x2h); x0 = xout; t0 = t1; printf(%d tin= %f xin= %en,i+2,t0,xout); i+; xini = xout; tini = t0;/* printf(%d tin= %f xin= %en,i+1,tini,xini);

10、*/ while(i=3); t00 = t00-0.1; printf(nn); while(x0=0.98);FILE *fp;fp=fopen(data.txt,w); for(j=0;j=3;j+) printf(%d %f %e %f %en,j+1,tinj,xinj,touj,xouj); fprintf(fp,%d tin=%f xin=%e tout=%f xou=%en,j+1,tinj,xinj,touj,xouj); wcat = wjifen(xinj,xouj,tinj); printf(%d wcat=%fn,j+1,wcat); fprintf(fp,%d wc

11、at=%fn,j+1,wcat); wsum = wsum + wcat; printf(wsum= %fn,wsum);fclose(fp); 2.3 運(yùn)行結(jié)果(1) 等速線和平衡線程序運(yùn)算結(jié)果：（其中R為反應(yīng)速率； T（K）為反應(yīng)溫度;表內(nèi)主體為各反應(yīng)速率下對(duì)應(yīng)系列溫度的SO2轉(zhuǎn)化率；）表2.1 R=I10-6T/kI=0I=1I=2I=3I=4I=5693.150.9809-698.150.97970.1799-703.150.97820.4225-708.150.97620.59880.1219-713.150.9740.71810.3554-718.150.97150.79650.5

12、30.18440.0284-723.150.96860.84740.65440.38630.25850.0784728.150.96550.88020.7410.53730.43650.2903733.150.9620.90080.80070.64730.56920.4536738.150.95820.91320.84130.72650.66640.5761743.150.95410.92020.86830.78280.7370.6669748.150.94960.92350.88570.82240.78760.7336753.150.94470.91920.88340.82370.79090

13、.7398758.150.93940.91460.88040.82390.79280.7444763.150.93380.90940.87670.82310.79350.7474768.150.92780.90380.87250.82140.79320.7491773.150.92130.89780.86760.81880.79190.7497778.150.91440.89130.86220.81540.78970.7492783.150.90710.88440.85620.81130.78660.7477788.150.89940.8770.84960.80650.78270.745379

14、3.150.89120.86910.84260.8010.77810.7421798.150.88260.86080.8350.79480.77280.738803.150.87350.85210.82690.78810.76680.7332808.150.8640.84280.81830.78070.76020.7277813.150.8540.83320.80920.77270.75290.7215818.150.84360.8230.79960.76430.7450.7146823.150.83270.81250.78960.75520.73660.7071828.150.82150.8

15、0150.77910.74570.72760.699833.150.80970.790.76820.73570.71810.6904838.150.79760.77820.75680.72520.70810.6812843.150.78510.7660.74510.71420.69770.6716848.150.77220.75340.73290.70290.68680.6614853.150.7590.74050.72040.69120.67550.6508858.150.74540.72730.70760.67910.66380.6398863.150.73150.71370.69440.

16、66660.65180.6285868.150.71740.69990.6810.65390.63940.6167873.150.7030.68580.66730.64080.62680.6047(2) 關(guān)于催化劑用量程序運(yùn)算結(jié)果以下為運(yùn)行結(jié)果：（經(jīng)運(yùn)算，滿足給定條件的第一段最高入口溫度為717.80K，此時(shí)可得到最少的催化劑用量）表2.2段序入口溫度（K）入口轉(zhuǎn)化率出口溫度（K）出口轉(zhuǎn)化率催化劑用量（kg）第一段717.8000000873.1488336.6766e-014176.348521第二段723.6000006.6766e-01778.5198949.0366e-015802.7

17、94136第三段715.9200009.0366e-01729.5056929.6204e-0110778.60990第四段693.1900009.6204e-01697.3881149.8008e-0125189.73005催化劑總用量： 45947.482609kg=45.947T三、平衡線、等速線及操作線圖根據(jù)以上數(shù)據(jù)利用Matlab進(jìn)行編輯得圖，程序如下： %平衡線和等速線load data0;x=data0(:,1);t=data0(:,2);plot(t,x,r);load data1;x=data1(:,1);t=data1(:,2);hold onplot(t,x,g);loa

18、d data2;x=data2(:,1);t=data2(:,2);hold onplot(t,x);load data3;x=data3(:,1);t=data3(:,2);hold onplot(t,x,y);load data4;x=data4(:,1);t=data4(:,2);plot(t,x);hold onload data5;x=data5(:,1);t=data5(:,2);hold onplot(t,x);%操作線y=10(-4) 717.800000; 6.6766e-001 873.148833 ; 6.676600e-001 723.600000; 9.036600e-001 778.519894; 9.036600e-001 715.920000; 9.620400e-001 729.505692; 9.620400e-001 693.190000; 9.800800e-001 697.388114; hold on plot(y(:,2),y(:,1),-.r);得圖如下：圖3.1平衡線、等速線及操作線圖四、討論1. 由計(jì)算結(jié)果可知轉(zhuǎn)化率