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2018年度 化学プロセスシステム工学 第5回

2018年度 化学プロセスシステム工学 第5回

前回までの復習
連続槽型反応器
反応速度
Aに関する物質収支
CSTR 差分で表す
CSTR シミュレーション&制御
CSTR 濃度制御

Hiromasa Kaneko

February 10, 2019
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Transcript

  1. 連続槽型反応器 連続槽型反応器 (Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR) • 反応︓⼀次反応の A

    → B とする • 流⼊する A の濃度 CAi で流出する A の濃度 CA (Bの濃度) を制御 2 CAi , F CA , F V, T, rA F [m3・min-1]︓⼊⼝・出⼝流量 CAi [kmol・m-3]︓⼊⼝のAの濃度 CA [kmol・m-3]︓CSTR内のAの濃度 V [m3]︓CSTR内の液体体積 T [K]︓CSTR内の液体温度 i ︓input o︓output rA [kmol・m-3 m2]︓Aの反応速度
  2. 反応速度 連続槽型反応器 (Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR) • 反応︓⼀次反応の A

    → B とする • 流⼊する A の濃度 CAi で流出する A の濃度 CA (Bの濃度) を制御 3 CAi , F CA , F k0 [m3・kmol-1・min-1]︓反応速度定数 E [J・mol-1]︓活性化エネルギー R [J・K-1・mol-1]︓気体定数 A 0 A exp E r k C RT   = − −     i ︓input o︓output V, T, rA
  3. Aに関する物質収支 4 (反応器内の時間変化) = (⼊った流量) ー (出た流量)+(⽣成速度) A Ai A

    0 A exp dC E V FC FC V k C dt RT     = − + − −         コンピュータシミュレーションのため、差分で表してみよう
  4. CSTR 差分で表す 5 ( ) ( ) ( ) (

    ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) A Ai A 0 A A Ai A 0 A A A Ai A 0 A A A Ai A 0 A exp exp exp exp dC t F F E C t C t k C t dt V V RT C t F F E C t C t k C t t V V RT C t C t t F F E C t t C t t k C t t t V V RT F F E C t C t t C t t C t t k C t t t V V RT   = − − −     ∆   = − − −   ∆   − − ∆   = − ∆ − − ∆ − − − ∆   ∆       = − ∆ + − ∆ − − ∆ − − − ∆ ∆        
  5. CSTR シミュレーション&制御 F [m3・min-1]︓⼊⼝・出⼝流量 = 15 V [m3]︓CSTR内の液体体積 = 1

    T [K]︓CSTR内の液体温度 = 365 k0 [m3・kmol-1・min-1]︓反応速度定数 = 1010 E [J・mol-1]︓活性化エネルギー = 69223 R [J・K-1・mol-1]︓気体定数 = 8.31 最初の CAi [kmol・m-3] = 0.8 CAi の最大値 [kmol・m-3] = 10 Δt [min] = 0.0001 CAi が変化してからCA に影響するまで 0.083 min (5秒) かかる (むだ時間) • 時間の単位が min であることに注意 • CAi を最大にして、1 min シミュレーションしてみよう︕ • CA ︓2 kmol・m-3 を目標値にして制御してみよう︕ 6