Verfahrenstechnische Modellierung 过程工艺模型化

Präsentation zum Thema: "Verfahrenstechnische Modellierung 过程工艺模型化"—  Präsentation transkript:

1 Verfahrenstechnische Modellierung 过程工艺模型化
Jade Hochschule 雅德应用技术大学 Studienort Wilhelmshaven 校区：威廉港 Fachbereich Ingenieurwissenschaften 工学 Prof. Dr. Bernhard Winter Partneruniversität: 合作伙伴 Provinz Anhui Provinz Zhejiang Verfahrenstechnische Modellierung 过程工艺模型化 - in der Lehre und Forschung / 在教学和研究中- 1. Beispiele von Systemen und Prozessen in der Verfahrenstechnik 过程工艺中的系统和程序示例 2. Modellarten 模型类型 3. Projekte 项目

2 Industrielle Anlagen 工业装备 ∘ Mechanische Verfahrenstechnik: 机械工艺过程
1. Beispiele von Systemen und Prozessen in der Verfahrenstechnik 过程工艺体系和程序示例 Einteilung der Verfahrenstechnik in verschiedene Fachgebiete: 各专业领域中的过程工艺 - Mechanische Verfahrenstechnik 机械工艺过程 - Thermische Verfahrenstechnik 热工艺过程 - Chemische Verfahrenstechnik 化学工艺工程 - Bioverfahrenstechnik 生物工艺工程 Industrielle Anlagen 工业装备 ∘ Mechanische Verfahrenstechnik: 机械工艺过程 Dekanter (Schneckenzentrifuge), 螺旋离心机 GEA Westfalia Trennung Erdölschlamm 石油残留物分离 Auslegung: Drehzahl, Geometrie, Stoffströme 分析： 转速、结构、流向

3 ∘ Thermische Verfahrenstechnik: 热工艺过程
Rektifikationskolonne 炼油塔 Erdöl 石油 生产商： Maschinen- und Anlagenbau GmbH Grimma Auslegung / 分析: Höhe, Durchmesser, Energiebedarf 高度、直径、能源需求

4 Einbandtrockner, Babcock-BSH GmbH 隧道烘干
Lebensmittelindustrie, Teigwaren 食品工业、面食产品 Auslegung / 分析: Trocknungszeit (Bandlänge, Bandgeschwindigkeit), Luft-, Wärmebedarf 干燥时间（传送带长度及速度）、空气和温度需求

5 2. Modellarten 模型类型 ∘ Künstliche Modelle (mathematische Modelle) 人工模型 （数学模型） ∘ Natürliche Modelle (Labor-, Technikumsanlagen) 自然模型（实验和技术设备） 2.1. Mathematische Modelle 数学模型 ∘ Naturwissenschaftlich begründetes Modell 自然科学建立的模型 ∘ Stark vereinfachtes naturwissenschaftlich begründetes Modell 简化建模 Genauigkeit ∘ Modell durch Ähnlichkeitstheorie 近似理论模型 nimmt ab! ∘ Statistisches Modell 统计模型 准确度逐渐下降 Naturwissenschaftlich begründetes Modell自然科学建立的模型 Allgemeine Transportbilanz der Verfahrenstechnik für folgende Erhaltungsgrößen: 针对下列参数的一般过程工艺传导平衡 ∘ Wärme/Energie 热量/能量 ∘ Masse 质量 ∘ Impuls 脉动

6 时间因素 = 对流因素 + 传导因素 + 过渡因素 + 热源因素
Zeitterm = Konvektionsterm + Konduktionsterm + Übergangsterm + Quellterm 时间因素 = 对流因素 + 传导因素 + 过渡因素 + 热源因素 Beispiel: Komplette Wärme-/Energietransportbilanz in kartesischen Koordinaten: 总热量-能量衡算 Zeitterm 时间因素 Konvektionsterm 对流因素 Konduktionsterm 传导因素 Übergangsterm 过渡因素 Qellterm 热源因素 a = λ/(cp ρ) Temperaturleitzahl, m²/s Simultane Lösung von drei Gleichungen für die Wärme/Energie, Masse und Impuls nicht möglich.

7 Anwendung 应用: Instationäre Wärmeleitung in einer Platte 板内的非稳态热传递
Zeitterm 时间因素 Konduktionsterm 传导因素 Zeitfunktion der Temperaturverteilung 温度分配的时间方程

8 Kleintechnische Anlage
2.2. Natürliche Modelle 自然模型 ∘ Größenabstufung: 大小标度 Laboranlage 实验室设备 Kleintechnische Anlage 小型实验装备 Pilotanlage 早期设备 Industrielle Anlage 工业设备 Maßstab 标准 1 10 100 1.000 ∘ Laboranlage: 实验室装置 Laboranlage zur Wasserdampfdestillation, schonende Reinigung hochsiedender Stoffe: Terpentin 水蒸气蒸馏实验装置，保护高沸点物质提纯：松节油

9 ∘ Kleintechnische Anlage 小型实验装置
Drehzellenfilter: 过滤机 Gips, Kieselgur Kontinuierliche Rektifikationskolonne (Filmkolonne, Metall-Strickpackungen): Ethanol-Wasser

10 3. Projekte项目 3.1. Trocknungsuntersuchungen von Keramikelementen nach einer in situ-Wäsche (Forschungsauftrag ) 陶瓷元件干燥 Katalytische Abgasreinigung von Kraftwerksabgasen (Entstickung): 脱销催化剂 6 NO2 + 8 NH3 → 7 N H2O Wabenkatalysator-Stücke aus Keramik 蜂窝催化剂-陶瓷件 Element: mm x 150 mm x 150 mm Drei Lagen: x 3 = Elemente SCR-Reaktor

11 ∘ Mathematisches Modell für die Trocknungszeit ,“Konstante Luft-
Situation: Ein Kraftwerk plant diese Katalysatoren im Reaktor zu waschen. 情况：一发电厂计划在反应器中加入催化剂进行清洗 - Auftrag 任务: · Wasseraufnahmevermögen der Elemente (50 t) 用水（50t） · Trocknungsverhalten 干燥 - Lösung 解决方案: Messung der Trocknungsverlaufskurven 测量干燥曲线 ∘ Labor-Konvektionstrockner: 实验室对流烘干器 ∘ Mathematisches Modell für die Trocknungszeit ,“Konstante Luft- zustände” :干燥时间数学模型 tges Trocknungszeit, min 烘干时间，分钟 K1 Kinetische Konstante, 1/min 动力常数 ∘ Kinetische Gleichung 动力学式

12 ∘ Trocknungsverlaufskurven, l = 300 mm 干燥曲线
weitere Kurven für 其它曲线: l = 150, 600 und 900 mm ∘ Maßstabsübertragung auf drei Lagen l = 3 · 900 = mm: 放大至 - Ergebnis bei 40 und bei 20°C: · Trocknungszeit 干燥时间: t = 9,1 und 11,5 h · Trocknungsluftstrom 干燥空气流： = 1,052⋅106 m³/h

13 3.2. Beitrag zur verfahrenstechnischen Modellierung von Freistrahlanlagen für die Gewässer-
belüftung, 2012, Projekt LÜCKING, LESEGANG und SCHELTWORT (Jade-Hochschule): 水源-曝气工艺 ∘ Freistrahlanlage mit den Hauptelementen Leitrohr, Propeller, Schwimmkörpern: 导管螺旋桨 Modell: Freistrahl als Zylinder, Kegelstumpf, 截头圆锥

14 ∘ Impulsstrombilanz für das Segment I und für alle folgenden Bilanzgebietet: 区段衡算
mit: İ Impulsstrom, N Fτ Reibungskraft, N FG Schwerkraft, N FA Auftriebskraft, N w Geschwindigkeit, m/s r Radius, m l Länge, m ∘ Quadratische Gleichung als Lösung: 二次方程式 Unbekannte Ortsvektor: 位置矢量

15 ∘ Beispiel 1, Mathcad-Datei: “Modellrechnung Freistrahlanlage 12 30grad-s.mcdx”:
⋅ Elektrische Leistung des Propellers: 2 kW ⋅ Neigungswinkel der Anlage von der Senkrechten, β2: ° ⋅ Leitrohrradius der Anlage r2 : 0,7 m ⋅ Temperatur des Gewässers, Oberfläche: 20 °C 10 m Tiefe: 15 °C ⋅ Flankenwinkel des Freistrahls, Kegel- stumpfes, α: ° · Ergebnis: Bahnkurve: nichtisotherm 非等温曲线

16 ∘ Beispiel 2, Mathcad-Datei: “Modellrechnung
Freistrahlanlage 13 30grad-s.mcdx”: ⋅ wie Beispiel 1 aber isotherm ∘ Beispiel 3, Mathcad-Datei: “Modellrechnung Freistrahlanlage 12 60grad-s.mcdx”: ⋅ wie Beispiel 1 (isotherm) aber 60° Bahnkurve 13: isotherm 等温线 Bahnkurve 12: nichtisotherm 非等温线 Bahnkurve12-60: 60 ° zur Senkrechten Bahnkurve12-30: 30 ° zur Senkrechten Beispiel 1