Математическое моделирование и оптимизация каталитического процесса гидрирования α-пинена

• Автор: Давлетшин, Руслан Салихьянович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Стерлитамак
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление
Введение

Список обозначений

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основы и принципы математического моделирования каталитических процессов

1.2. Основные понятия химической кинетики. Кинетическая модель .

1.3. Вычислительный эксперимент и выбор типа каталитического реактора.

1.4. Постановка задачи .

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ аПИНЕНА В ТРУБЧАТОМ РЕАКТОРЕ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА

2.1. Построение кинетической модели реакции гидрирования а

пинена.
2.2. Математическое описание процесса гидрирования апинена
в трубчатом реакторе.
2.3. Анализ и выбор типа реакторов для процесса гидрирования
апинена.
2.4. Вариация режимных параметров.
Глава 3. ПРИБЛИЖЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ С ФАЗОВЫМИ ОГРАНИЧЕНИЯМИ
3.1. Выбор метода оптимизации .
3.2. Анализ численных методов решения задачи оптимального
управления
3.3. Алгоритмы решения оптимальной задачи с ограничениями
на фазовые переменные.
3.4. Технологическая оптимизация для каталитического процесса гидрирования апинена.
Глава 4. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ аПИНЕНА
4.1. Принципы и средства разработки
4.2. Оболочка комплекса программ.
4.3. Библиотеки, функции, модули.
Заключение
Литература


Использование гидроперекиси цис-пинана в качестве инициатора полимеризации существенно улучшает эксплуатационные свойства и технические характеристики бутадиен-стирольных каучуков, особенно тех, которые получены при глубоких степенях превращений мономеров [1]. Кроме того, продукты разложения гидроперекиси нииаиа имеют не фенольный, а приятный хвойный запах, который сохраняется в полимере. Такой полимер является конкурентоспособным на мировом рынке и представляет меньшую опасность для окружающей среды и человека. Как правило, при оптимизации неизотермических процессов возникает задача с фазовыми ограничениями. Отсюда разработка эффективных численных алгоритмов решения задач с фазовыми ограничениями, а также разработка программного комплекса для проведения вычислительного эксперимента гетерогенного неизотермического процесса является актуальной. Построение численных алгоритмов решения оптимальной задачи с ограничениями на фазовые переменные и переменные управления. Разработка программного комплекса моделирования и оптимизация каталитического процесса гидрирования а-пинена на гетерогенных катализаторах. Численное моделирование газожидкостного процесса гидрирования а-пинена в присутствии катализатора. Проведение вычислительного эксперимента по выбору реакционного аппарата. Анализ влияния режимных параметров на динамику процесса. Научная новизна. Разработаны алгоритмы численного решения задачи поиска оптимального режима, которые учитывают ограничения на фазовые переменные и переменные управления. Разработан программный комплекс, позволяющий проводить расчет газожидкостного процесса гидрирования а-пинена на гетерогенных катализаторах в различных реакторах. На основании вычислительного эксперимента показано, что процесс гидрирования а-пинена в цис-пинан можно эффективно реализовать в трубчатом реакторе с неподвижным слоем катализатора при прямоточном движении реакционной смеси и хладоагента. На основании вычислительного эксперимента определены оптимальные режимные параметры модели. Практическая значимость. Разработанный программный комплекс позволяет проводить расчет реактора, моделирование которого основано на простейшей гидродинамической модели идеального вытеснения, осуществлять поиск оптимального управления с ограничениями на фазовые переменные и переменные управления, проводить расчеты для гетерогенных процессов, а также данного процесса в присутствии других типов катализаторов. Уровень сервиса программного комплекса доступен технологам, что позволяет его использовать для проведения вычислительных экспериментов в лабораторных исследованиях. Программный продукт зарегистрирован в отраслевом фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию Российской Федерации (ОФАП ФАО РФ), Всероссийском научно-техническом информационном центре (ВНТИЦ). Достоверность результатов обоснована применением в качестве исходных посылок основных законов сохранения и других фундаментальных физических и химических законов. Сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными показывает их удовлетворительную согласованность. Работа программного комплекса протестирована на задачах оптимального управления с известными аналитическими решениями. Программный комплекс, позволяющий проводить расчет газожидкостного процесса гидрирования а-пинена на гетерогенных катализаторах в реакторах различного типа. Математическое описание неизотермического процесса гидрирования а-пинена в трубчатом реакторе. Результаты вычислительного эксперимента по определению оптимальных режимных параметров модели и выбору реактора. Апробация работы. VI Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике. Института нефтехимии и катализа РАН (Уфа, — ). Публикации. По теме диссертации опубликовано статей и тезисов на научных конференциях, зарегистрированы 3 программных продукта. В совместных работах постановка задачи и разработка численных методов решения принадлежат профессору Спиваку С. И. и доценту Мустафиной С. А. Результаты, выносимые на защиту, принадлежат автору. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 3 приложений.