Математическое и программное обеспечение моделирования каталитических процессов

• Автор: Мустафина, Светлана Анатольевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Стерлитамак
• Количество страниц: 360 с. : ил.

Оглавление
Введение б

Список обозначений

Глава 1. ОБЗОР РАБОТ И СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Кинетическая модель и теоретическая оптимизация

1.2. Учет влияния неопределенности в кинетических исследованиях

1.3. Моделирование реакторов и технологическая оптимизация

1.4. Задачи исследования С

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.1. Математические модели кинетики многостадийных реакций

2.2. Математические модели оптимизации каталитических процессов

2.2.1 Вычислительные алгоритмы моделирования и оптимизации каталитических процессов
2.2.2 Сравнительная характеристика приближенных методов решения задач оптимизации процессов.
2.3. Вычислительный эксперимент.
2.3.1 Моделирование и оптимизация реакции олигомеризации аметилстирола
2.3.2 Моделирование неизотермического процесса дегидрирования изопентана.
2.4. Выбор промышленного реактора по результатам теоретической оптимизации.
Глава 3. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ К ВАРИАЦИИ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
3.1. Анализ влияния неопределенности в константах равновесия на результаты теоретической оптимизации равновесных процессов.
3.1.1 Обратимая реакция первого порядка оптимальная температура, влияние неопределенности в константах равновесия
3.1.2 Последовательные обратимые реакции анализ чувствительности к колебаниям констант равновесия . .
3.1.3 Параллельные обратимые реакции вариация констант и оптимальная температура.
3.2. Оптимизация нестационарных процессов в условиях неопределенности кинетических параметров.
3.2.1 Обратимая реакция анализ влияния неопределенности в кинетических параметрах на расчет оптимального температурного режима.
3.2.2 Анализ чувствительности оптимального температурного режима к колебаниям кинетических констант
для последовательных реакций.
3.2.3 Влияние неопределенности в кинетических константах на расчет оптимального температурного режима
для параллельных реакций.
Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ В КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ
4.1. Математические модели гетерогенных процессов в каталитических реакторах
4.2. Вычислительные алгоритмы оптимизации для задач с фазовыми ограничениями
4.3. Вычислительный эксперимент для промышленного процесса гидрирования апинена
4.3.1 Кинетическая и математическая модели
4.3.2 Анализ и выбор типа реакторов
4.3.3 Вариация режимных параметров .
4.3.4 Результаты технологической оптимизации.
Глава 5. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
5.1. Принципы и средства разработки.
5.2. Общие сведения о комплексе программ.
5.2.1 Оболочка комплекса программ.
5.2.2 Интерфейс программы.
5.3. Модули, процедуры, функции
5.3.1 Модуль Математическое моделирование гомогенных реакций в реакторе идеального смещения.
5.3.2 Модуль Строковый анализатор
Заключение
Литература


Стохастические модели, в которых влияние случайных возмущающих параметров велико2. Стационарные модели, математическое описание которых определяет значение внутренних параметров модели, соответствующих стационарному состоянию объекта при заданной совокупности внешних параметров. Р оператор модели, х вектор состояния объекта, а вектор параметров. Система 1. В конечном итоге расчетные зависимости характеристик объекта от параметров 1. Нестационарные модели. Математическое описание характеризует временное изменение внутренних параметров при изменении внешних, то есть в 1. Гх, а О,
х ха
Гх,,а 0. Динамические модели являются распространенным типом моделей
x,, 1. В свою очередь, в зависимости от вида дифференциальных уравнений различают линейные и нелинейные модели. Модель с xiопределенными параметрами учитывает распределение свойств объекта в пространстве, то есть уравнение 1. Ii координаты в пространстве. К3. Для систем 1. Задание этих условий зачастую является отдельной проблемой, корректное решение которой и определяет адекватность динамической модели. При разработке описания каталитических процессов используются два подхода. Первый основывается на изучении физикохимических закономерностей , 4, 1, второй на теоретической возможности описания процесса при помощи тех или иных формальных выражений например, на основе регрессионных уравнений , 6, 7, 9. Математическое описание в этом случае состоит из уравнений материального и теплового балансов, кинетических уравнений, выражений для скорости передачи вещества и тепла. При втором методе для математического описания используются эмпирические формальные математические зависимости. В работах 5, 8, 0 показано, что теория подобия неприменима к процессам, протекающих в химических реакторах. Отсюда формальные соотношения, выведенные из лабораторных установок, нельзя использовать для расчета промышленных реакторов. В работах В. И.Быкова , А. Н.Горбаня , , Г. С.Яблонского 2, 3, О. Левеишпиля 0, Г. М.Островского, Ю. С.Сиаговского 8 показано, что кинетическая модель является основой математического моделирования химических реакций. Расчет реактора не может быть получен без знания кинетики реакции. На основе детального представления сложной реакции в виде совокупности стадий выводят модель, содержащую только исходные вещества и продукты реакции. Опытным путем находят скорости реакций. С учетом экспериментальных данных о кинетике химических превращений определяют константы скоростей соответствующих реакций. Большинство реакций являются сложными многостадийными и состоят из нескольких элементарных стадий. Рассмотрение сложных реакций упрощается, если реакция протекает в стационарных или квазистационарных условиях и имеется лимитирующая стадия 6. Основным понятием химической кинетики является понятие скорости реакции. Для элементарной реакции это число элементарных актов химического превращения, происходящих в единице реакционного объема или на единице реакционной поверхности в единицу времени. Стадию химической реакции можно записать в общем виде
1. А стехиометрические коэффициенты исходных веществ Д и продуктов реакции В соответственно ЛГд,ЛГя число исходных веществ и продуктов реакции соответственно. Если речь идет о газофазных каталитических реакциях, то в качестве реагентов в системе присутствуют газообразные вещества, с одной стороны, и поверхностные вещества, с другой. Последние находятся на поверхности катализатора. М, РХ, 1. Х и У поверхностные вещества с, Д их стехиометрические коэффициенты Ху число соответствующих компонентов ре
Скорость стадии вида 1. Сдц С в мольные концентрации исходных веществ к кинетические константы скоростей прямой и обратной реакций соответственно. В равновесии скорости прямой и обратной реакций становятся равными и и 0. Константа скорости реакции не зависит от концентрации реагирующих веществ, по зависит от природы этих веществ, температуры, наличия катализатора. Для каждой реакции при данной температуре константа скорости величина постоянная. Функциональную зависимость кинетической
1.