Разработка компактной кинетической модели пиролиза пропана методами анализа чувствительности

• Автор: Нурисламова, Лиана Фануровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Актуальность проблемы моделирования пиролиза пропана

1.2 Исследование пиролиза пропана в лабораторном реакторе

1.3 Обзор кинетических моделей пиролиза пропана

1.4 Анализ чувствительности как метод получения компактной кинетической модели

1.5. Выводы по главе 1: задачи диссертационной работы

Глава 2. Методы анализа чувствительности математической модели реакции

2.1 Уравнения формальной химической кинетики

2.2 Общее уравнение динамики и кинетики реакции в режиме идеального вытеснения
2.3 Методы анализа чувствительности кинетических моделей
2.3.1 Локальный анализ чувствительности
2.3.2 Глобальный анализ чувствительности Соболя И.М
2.4. Анализ чувствительности кинетических кривых к изменению констант скоростей реакции на примере реакции гидроалюминирования олефинов алкилаланами
2.5. Выводы по главе
Глава 3. Методика анализа чувствительности функционала модели
3.1 Описание методики
3.2 Выбор вида функционала математической модели
3.3. Апробация методики

3.3.1 Анализ чувствительности математической модели реакции окисления формальдегида
3.3.2 Анализ чувствительности математической модели реакции окисления водорода
3.3.3. Анализ чувствительности математической модели пиролиза этана
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Компактная кинетическая модель пиролиза пропана: разработка и исследование
4.1 Экспериментальные данные по пиролиза пропана
4.2 Разработка компактной кинетической модели пиролиза пропана
4.2.1 Локальный анализ чувствительности функционала модели
4.2.2 Глобальный анализ чувствительности функционала
4.3 Исследование компактной кинетической модели пиролиза пропана
4.3.1 Влияние температуры и времени контакта на состав продуктов
4.3.2 Анализ чувствительности концентраций веществ к параметрам компактной кинетической модели
4.4 Расчет динамики химически реагирующего газа в реакторе
4.5 Выводы по главе
Заключение
Литература

Введение
Актуальность
В мировой нефтехимической промышленности наметилась тенденция к увеличению потребности в низших олефинах. В частности, Россия согласно плану развития газо- и нефтехимии на период до 2030 года, обладает потенциалом увеличения спроса почти в 4 раза к 2030 году по сравнению с 2010 годом. Рост потребления низших олефинов, получаемых пиролизом насыщенных углеводородов, влечёт за собой необходимость в создании принципиально новых технологий, отличающихся высокой производительностью и сниженными энергетическими затратами. Одним из перспективных направлений, позволяющим увеличить эффективность пиролиза является комбинирование термического и лазерного воздействия на алкан. Данный способ получения низших олефинов исследуется в Институте катализа имени Г.К. Борескова (группа к.ф.-м.н. Снытникова В.Н.), преимуществом которого является возможность снижения пороговой температуры и температуры выхода целевых продуктов реакции за счет дополнительной генерации радикалов в поле лазерного излучения. Такое снижение рабочей температуры заметно уменьшает образование кокса и побочных продуктов реакции. А инициация процесса лазерным излучением позволяет увеличить выход газообразных ненасыщенных углеводородов за счет повышения реакционной способности смеси. Чтобы понять эффективность подачи лазерного излучения, необходимо прежде детально проанализировать процесс, протекающий только за счет внешнего нагрева стенок реактора.
Математическое моделирование процессов газохимии широко востребовано и применяется для обеспечения масштабного перехода от лабораторных установок к пилотным и опытно-демонстрационным реакторам. Кинетическая модель, содержащая необходимую информацию об основных закономерностях химических превращений, являются первоосновой математической модели химического реактора. Поэтому

В потоке происходит реакция типа разложения некоторого вещества А со скоростью
1 <1п,
=------------------------------------------(2.7)

Примем следующие допущения:
1. Рассматривается статический режим работы реактора, постоянной является площадь его поперечного сечения.
2. Температура в реакторе поддерживается постоянной по длине реакционной зоны и во времени.
3. Теплофизические параметры процесса (теплоемкость, плотность и т.д.) - постоянные и не зависят от состава смеси, перенос веществ за счет диффузии газов не учитывается.
Пусть линейная скорость потока в некотором сечении будет равна и (см/с), а концентрация вещества А в этом сечении — СА (моль/см3). Уравнение динамики химической реакции в режиме идеального вытеснения имеет вид [82]:
= + р.8)
81 V 81 5/

8СЙ 8С,
-и—- = у^Л -. (2.9)

Если в реактор в единицу времени подается одно и тоже количество реагента А, то к моменту времени, когда этот реагент достигнет конца
реактора, в системе установится стационарное состояние. В этом случае
концентрация А со временем не будет изменяться, так что в любом сечении

—4- = 0. (2.10)