Моделирование гомогенно-каталитических процессов : На примере синтеза ацетиленовых спиртов

• Автор: Зыонг Тхань Ту
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. Литературный обзор

1.1. Построение кинетической модели сложной химической реакции .

1.1.1. Построение систем конкурирующих гипотез о механизме протекания реакции.

1.1.2. Стартовый план эксперимента.

1.1.3. Оценка констант в кинетических моделях

1.1.4. Планирование прецизионных экспериментов.

1.1.5. Дискриминация моделей.

1.2. Моделирование и расчет химических реакторов.

1.2.1. Одномерная модель идеального вытеснения по подвижной фазе.

1.2.2. Одномерная диффузионная модель

1.2.3. Двухмерная псевдогомогенная модель
1.2.4. Одномерная модель, учитывающая межфазовые градиенты концентраций реактантов и температуры.
1.2.5. Двухмерная модель.
1.3. Производство изопрена.
Глава Н. Теоретическая часть. Метод дискриминации нелинейных математических моделей.
Глава III. Экспериментальная часть.
3.1. Методика организации кинетического эксперимента в лабораторных периодических реакторах.
3.1.1. Конструкция реактора для исследования кинетики реакции этинилирования кетонов в среде жидкого аммиака
3.1.2. Конструкция экспериментальной установки и общая
методика проведения реакции этинилирования кетонов в периодических реакторах
3.1.3. Пуски эксплуатация лабораторной экспериментальной установки
3.1.4. Приготовление и очистка исходных веществ
3.2. Описание организации эксперимента по исследованию
Кинетики реакции этинилирования ацетона в растворах жидкого аммиака и эфира
Глава IV. Исследование механизма и кинетики реакции этинилирования кетонов в среде жидкого аммиака
4.1. Первый конкурирующий механизм каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.2. Второй конкурирующий механизм каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.3. Третий конкурирующий механизм каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.4. Четвертый конкурирующий механизм каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.5. Пятый конкурирующий механизм каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.6. Шестой конкурирующий механизм каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.7. Седьмой конкурирующий механизм каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.8. Вывод кинетического уравнения первого конкурирующего механизма каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака
4.9. Вывод кинетического уравнения второго конкурирующего механизма каталитической реакции этинилирования аце
тона в среде жидкого аммиака
4 Вывод кинетического уравнения третьего конкурирующего механизма каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака.
4 Вывод кинетического уравнения четвертого конкурирующего механизма каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака .
4 Вывод кинетического уравнения пятого конкурирующего механизма каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака.
4 Вывод кинетического уравнения шестого конкурирующего механизма каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака.
4 Вывод кинетического уравнения седьмого конкурирующего механизма каталитической реакции этинилирования ацетона в среде жидкого аммиака.
4 Заключение
Глава V. Моделирование каталитического процесса синтеза
диметилэтинилкарбинола.
ВЫВОДЫ
Список литературы


Следует указать на пионерские работы Баландина 9,, который с использованием методов алгебраической топологии разработат математический аппарат построения структурных матриц и матриц базовых реакций, на основе которых определяются, в частности, элементарные химические реакции, итоговые химические реакции, а также совокупности возможных промежуточных веществ. Однако, вследствие несовершенства для того времени математического аппарата алгебраической топологии не удалось автору построить математически строгую и полную теории синтеза химических реакций. Работы Баландина были продолжены американским математиком Селлерсом практически лет спустя. Однако и он столкнулся с теми же вычислительным и трудностями. Так как последние были им не решены, то поставленная Баландиным задача также оказалась нерешенной. Подход Ариса и Ма , предложивших представлять химические вещества и химические реакции в виде векторов в соответствующих линейных векторных пространствах оказался плодотворным для математического описания реагирующих систем, не содержащих изомерных или стереоизомерных молекул. В введено понятие стехиометрически простой реакции и предложен алгоритм для ее вычисления. Определены также многие важные свойства стехиометрически простых реакций . В приведен алгоритм расчета всех одномаршрутных механизмов реакций на основе априори известных элементарных стадий химического превращения и дана оценка общего числа возможных одномашрутных механизмов реакции. Однако, методы стехиометрического анализа реагирующей системы, разработанные Арисом, не позволяют определить все возможные элементарные химические реакции, происходящие в системе, и поэтому не могут привести к получению механизмов химической реакции, не противоречащим современным представлениям теоретической химии. Далее векторные представления химических веществ и химических реакций не дают возможности учесть явление изомерии молекул. Поэтому в тех ситуациях, когда этот учет необходим, осуществляется матричное представление химических веществ и химических реакций. Процедура формирования таких матриц непосредственно следует из основополагающих работ Баландина 9, и в дальнейшем развита различными авторами ,. Ими для определения механизма реакции или для установления оптимального пути синтеза целевых веществ из заданной совокупности исходных используются так называемые Вематрицы ансамбля реагирующих молекул, которые, по сути дела, являются упрощенными структурными матрицами Баландина. При этом для матричного представления химических реакций применяются Яматрицы, позволяющие преобразовывать матрицы в друг друга в соответствии с теорией реакционной способности химических соединений. Показано, что для многих классов химических веществ матрицы
образуют абелеву группу ,. Определяются базы этих групп и приводятся алгоритмы генерирования всех возможных Дматриц. Общий недостаток рассматриваемого подхода заключается в том, что для определения механизма сложной химической реакции лишь для очень узкого класса веществ и реакций оказывается возможным создать достаточно совершенные, непрерывно действующие программы. В остальных случаях построение механизмов реакций осуществляется только в диалоговом режиме с ЭВМ, что приводит к большим затратам машинного времени и необходимости привлечения обширной информации об изучаемой реакционной системе. Последняя в должном объеме и в должном качестве не всегда имеется в наличии. По завершении формирования системы конкурирующих гипотез о механизме изучаемой реакции осуществляется построение для каждой гипотезы кинетической модели. Оно проводится при стационарном протекании химической реакции с использованием метода стационарных концентраций Боденштейна . Последний в последствие был обобщен Семеновым . Сложные реакционные системы со стационарными химическими реакциями анализировались также в работах Хориути , Темкина , Христиансена . Они привели к созданию теории стационарных химических реакций, обоснованность которой не вызывает сомнений. Стартовый план эксперимента строится в области экспериментирования интуитивно, если оценки констант кинетических моделей неизвестны. В тех случаях, когда последние приближенно известны проводится на ЭВМ построения дискретных или непрерывных Эоптимальных планов, которые в последствии и реализуются 3,8.