Математические модели процесса в химическом реакторе

Рис. 4.6. Иерархическая структура математической модели процесса в химическом реакторе

При оптимизации химического процесса модель необходимо дополнить уравнениями, определяющими технологический, экономический и динамический оптимумы . В случае оптимизации всего производства нужно создавать его математическую модель. В этом случае математическая модель процесса, протекающего в реакторе, будет входить в общую модель как составная часть. [c.7]

Согласно общей схеме построения математической модели в химическом реакторе (см. рис. 2.5) рассмотрим процесс в реакционной зоне. Можно так представить последовательность построения модели процесса. [c.103]

Математическая модель. Рассмотрим химический процесс, протекающий в реакторе изотермического типа с мешалкой (рис. 3). Пусть в этот реактор объемом У непрерывно поступает исходная реакционная масса с объемной скоростью V и концентрацией -го компонента io. Концентрация -го компонента реакционной массы, находящейся [c.15]

Из множества физических и математических моделей процессов в псевдоожиженном слое [20, 25, 32, 551 в настоящее время применительно к химическим реакторам, более обобщенной моделью, по-видимому, следует считать двухфазную модель [1221. [c.120]

Картина последовательного усложнения математических моделей процессов, протекающих в химических реакторах (рис. 1Х-5), не столь очевидна, как аналогичная картина процессов разделения. В реальном реакторе одновременно проте- [c.116]

Основа метода математического моделирования — идея иерархического, многоуровневого подхода к. построению математической модели реактора, заключающегося в расчленении сложного химико-технологического процесса на химические и физические составляющие, раздельном их изучении и последующем синтезе общей математической модели из моделей отдельных частей сложного процесса. Общая математическая модель процесса, представляющая собой сложную систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, требует для решения разработки специальных методов качественного и численного анализа, как правило, широкого применения современных ЭВМ. [c.3]

К настоящему времени полнее всего разработаны основы математического моделирования химических реакторов с неподвижным слоем катализатора, работающих в стационарном режиме. Прп решении таких задач, как моделирование процессов, протекающих на катализаторе с изменяющейся во времени активностью, ведение процесса в искусственно создаваемых нестационарных условиях, оптимальный пуск н остановка реактора, исследование устойчивости химических процессов, разработка системы автоматического управления и другие, важно знать динамические свойства разрабатываемого контактного аппарата. Для этого необходимо построить и исследовать математическую модель протекающего в реакторе нестационарного процесса [И]. В настоящей работе, посвященной разработке реакторов с неподвижным слоем катализатора на основе методов математического моделирования, вопросы, связанные с нестационарными процессами, будут излагаться наиболее подробно. [c.6]

С течением времени свойства процессов часто изменяются (изменяется активность катализаторов в реакторах, изменяются условия теплообмена в теплообменниках из-за различных отложений на стенках и т.-д.). Это требует пересчета оптимального режима через определенные промежутки времени. Однако создать математическую модель процесса, которая могла бы предсказывать все будущие изменения в процессах производства химических продуктов, чрезвычайно трудно, если не невозможно. Поэтому автоматизированные системы оптимального управления строят, используя принцип настраивающихся моделей [21, с. 19]. [c.130]

Один из этапов разработки химических реакторов - аэродинамическое моделирование (см. рис. 3.4). Его появление определено следующим. С одной стороны, методы аэродинамики позволяют определить структуру потока в реакторе, что необходимо для построения в нем математической модели процесса, с другой стороны, - разработать такие конструкции отдельных узлов реактора, которые обеспечивают необходимые условия протекания процесса в нем. Аэродинамическое моделирование проводят также по масштабным уровням протекания процесса в реакторе, что было использовано при анализе процессов на зерне катализатора и в слое. [c.231]

Ш 4.8. ПРОЦЕСС В ХИМИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ 4.8.1. Математическая модель процесса в химическом реакторе [c.154]

Каков общий подход к построению математической модели процесса в химическом реакторе Напишите в общем виде балансовые уравнения процесса в реакторе. [c.162]

Математические модели процесса в химическом реакторе [c.103]

Совокупность статической и динамической моделей с ограничениями и дополнительными условиями, определяющими однозначность решения уравнений, называют полной математической моделью процесса. Такая модель должна отражать связи между переменными как в статике, так и в динамике. Составление и исследование полной математической модели нередко связано со значительными трудностями. Опыт применения моделей показывает, что для многих задач по расчету реакторов и других аппаратов химической технологии достаточно иметь математические модели, описывающие процессы в статике. [c.56]

Данное пособие не претендует на полное изложение моделей процессов химической технологии. Из-за ограниченного объема книги авторы сочли возможным не включать в нее раздел, посвященный химическим реакторам, которые обычно рассматриваются в специальной литературе. Не включено в пособие моделирование таких процессов, как измельчение, фильтрация, псевдоожижение, флотация и т.п. Тем не менее авторы надеются, что будет достигнута основная цель книги — привить студентам навыки активного использования метода математического моделирования для решения задач оптимизации и проектирования процессов химической технологии. [c.5]

Очевидно, характер природы химических превращений реакционной системы остается неизменным, в каком бы типе реактора мы ни проводили реакцию. Однако в зависимости от реактора меняются гидродинамические и тепловые условия протекания реакции, что существенно меняет наблюдаемые закономерности течения химического процесса. Математическая модель того или иного типа реактора представляет собой систему балансных уравнений для тепловых и материальных превращений, происходящих в данном реакторе. При этом каждый тип реактора характеризуется своими балансными уравнениями, единственной инвариантной частью которых является неизменно входящая в эти модели математическая модель самой химической реакции, протекающей в выбранном типе реактора. [c.58]

Технология плазменного разложения растворов была первоначально разработана применительно к переработке нитратных реэкстрактов урана, регенерированного при радиохимической переработке твэ-лов уран-графитовых реакторов, предназначенных для производства плутония [2]. Соответственно, параметры и свойства процесса относятся к этому объекту. Однако особенность электроплазменной технологии как раз в том, что она является физической технологией, невосприимчива к химической формуле сырья и имеет, до некоторой степени, универсальный характер. Возможные ограничения или вариации технологии связаны, как это будет показано ниже, больше с природой сырья растворимостью, температурным коэффициентом растворимости, со структурой молекулярных комплексов в растворе, с устойчивостью продуктов, оксидов и оксидных композиций, требуемым сертификатом на продукт и т.п. [3]. Именно поэтому сначала целесообразно рассмотреть математическую модель процесса с тем, чтобы в дальнейшем правильно оценивать технические, экономические и экологические параметры реальных приложений и в сфере [c.163]

Большое значение как при периодической, так и непрерывной организации процесса, имеет характер движения потоков — прямоток, противоток или перекрестный ток. Структура потоков в аппарате (полное вытеснение, полное перемешивание или их комбинация) определяет выбор математической модели процесса, включающей уравнения, описывающие статику и динамику, а также граничные и начальные условия и другие характеристики процесса. Составление математической модели в каждом частном случае ведется в соответствии с системным подходом к процессу процесс разбивают на элементарные стадии, расположенные в иерархическом порядке. На первом уровне математической модели обычно располагают зависимости, описывающие условия равновесия, а также характер химических превращений (если они имеют место). На втором иерархическом уровне описываются закономерности элементарных процессов переноса, идущих в единичном зерне, в одной капле, пузыре и т. п. Третий уровень соответствует моделированию процесса в целом слое, на тарелке и т. д., включая в себя зависимости второго уровня. На четвертом уровне принимается во внимание расположение отдельных слоев, тарелок, теплообменных устройств в целом аппарате (с учетом фактора масштабирования). Пятый уровень включает описание гидродинамики и массообмена в каскаде реакторов или агрегате. [c.74]

В связи с использованием электронных вычислительных машин методы математического моделирования процессов химической технологии получили широкое распространение. Общие принципы моделирования химических реакторов достаточно подробно обсуждаются в работах советских и зарубежных авторов [1—6]. Однако существует настоятельная потребность в конкретизации моделей, привязке их к данному оборудованию и технологическому процессу. Идеи этих работ могут оказаться полезными при моделировании других процессов, имеющих общие черты с рассмотренными. [c.5]

В работе [142] предпринята попытка описания модели исходя из более сложного кинетического механизма, где помимо инициирования, роста, обрыва двух типов (диспропорционированием и рекомбинацией) рассматриваются также реакции передачи цепи на мономер и регулятор. В работе [143] проанализировано влияние гидродинамики реактора на ММР по такому механизму. Используя соотношения, данные в [122], было проведено сравнение ММР (расчетных и экспериментальных) при различных предположениях о распределении времени пребывания в реакторе. В работе [144] механизм усложнен введением в рассмотрение стадий разветвления длинных и коротких цепей и высказаны некоторые соображения о скорости этих реакций. По-видимому, отсутствие достаточного объема экспериментальных данных по связи ММР полиэтилена с физико-химическими параметрами полимера (индекс расплава и др.) не позволяет сделать окончательный вывод о законченности разработки математической модели процесса. [c.246]

Предварительно представим в матричной форме статическую математическую модель процесса с одной химической реакцией. Предположим, что в реакторе идеального смешения протека- [c.152]

Общие принципы. Математические модели сложных объектов, построенные на основе системного подхода, всегда иерархич-ны. Верхним, шестым уровнем модели реактора с неподвижным слоем катализатора является математическое описание химического цеха или агрегата, рассматриваемого как система большого масштаба. Эта система состоит из значительного числа взаимосвязанных процессов, реализуемых в различных аппаратах. Математическая модель процессов в реакторе (пятый уровень — модель контактного аппарата) входит как составная часть в математическую модель агрегата в целом. Несмотря на большое многообразие схем контактных аппаратов, есть в них одна общая часть — слой катализатора (четвертый уровень), математическое описание которого входит как основная часть в модель реактора. Другие составные части модели представляют собою различные теплообменные устройства, котлы-утилизаторы, смесители, распределители. При создании математической модели реактора учитывают взаимное расположение слоев катализатора, наличие рецикла вещества и (или) тепла внутри контактного отделения. [c.66]

Подвальный С. Л. и др. Математическая модель процесса непрерывной полимеризации изопрена в каскаде реакторов с использованием ЭВМ. Автоматизация химических производств. М., НИИТЭХИМ, 1976, № 6, с. 16. [c.37]

Участки, моделирующие концентрации реагирующих веществ и скорости отдельных реакций, составляют в совокупности математическую модель собственно химического процесса, протекающего в реакторе полунепрерывного действия. Эта модель показывает, что изменять направление процесса можно, варьируя концентрации реагирующих веществ за счет подачи реагента в аппарат, либо изменением температуры реакционной смеси возможно также сочетание обоих способов. Поскольку, как уже указывалось, в реакторе может протекать более одной реакции, динамическая модель процесса имеет сложный взаимосвязанный характер. Изменение температуры вызывает одновременное изменение скоростей всех отдельных стадий процесса. В то же время управление подачей реа- [c.244]

С появлением электронных вычислительных машин методом количественного анализа процессов химической технологии становится математическое моделирование. Принципы математического моделирования контактно-каталитических реакторов разработаны Боресковым [11 и Слинько [3]. Математическое моделирование процессов химической технологии сводится к математическому описанию всего процесса в целом [4] и по отдельны.м его стадиям [5, 61. Оно включает воспроизведение и анализ моделей на электронных вычислительных машинах как в целом для процесса, так и по стадиям. Таким образом, вместо многоступенчатого воспроизведения самого процесса, как это делается с применением теории подобия при физическом моделировании, при математическом моделировании воспроизводится сама модель, что требует меньших затрат средств и времени. Весьма существенна при этом возможность довольно быстрого воспроизведения оптимальных вариантов модели, т. е. оптимизации математической модели, а следовательно, и самого процесса. [c.6]

В соответствии с этим выделяются и уровни экспериментальных исследований, выполняемых интегрированной или распределенной АСНИ. Так, при исследовании каталитического реактора стратегия выделения уровней исследования (и соответственно проведения экспериментов) приведена на рис. 3.4. [61. Всего выделяется шесть уровней иерархии элементы ХТС, аппаратов, слоя катализатора, зерна катализатора, поверхности зерна катализатора и молекулярный уровень. Эта структура является типичной при построении математических моделей процессов химической технологии. [c.60]

В последние годы для расчета и проектиро- вания химических процессов, а также их усо- вершенствования широко применяются методы математического моделирования. Являясь одним из разделов химической кибернетики, эти методы позволяют подойти к решению проблемы создания промышленных реакторов. В этом аспекте особую роль приобретают вопросы составления математического описания, ибо ценность конечных результатов в значительной мере зависит от адекватности математической модели процесса его реальному состоянию. У [c.5]

Очень часто процесс объемной десублимацни проводят в вертикальных трубчатых (пустотелых) аппаратах [120, 121] методом смешения горячей ПГС с охлаждающим газом или в результате химической реакции смешивающихся компонентов. В начальном участке трубчатого реактора-десублнматора происходит смешение и взаимодействие газообразных компонентов. На дальнейших участках десублиматора происходит образование зародышей, рост кристаллов, падение пересыщения в связи с явлениями кристаллообразования. Тогда математическая модель процесса объемной десуб-.лимации примет вид (следствие из уравнений (1.58), пренебрегаем явлениями агломерации и рассматриваем стационарный случай работы аппарата) [c.241]

Как и при математическо.м моделировании любого химикотехнологического- процесса, при моделировании каталитического риформинга следует различать две основных стадии построение математической модели собственно химического превращения исходных веществ, инвариантной к объему протекания реакции и условиям теплообмена и математической модели реального технологического процесса, проводимом в конкретном типе реакционного аппарата. Первый вид модели будем в дальнейшем именовать кинетической моделью, а второй — моделью реактора. Вышеназванная специфика математической модели каталитического риформинга относится прежде всего к кинетической модели. [c.190]

Учебник состоит из девяти глав. Главы I—П1 содержат основные положения и предпосылки метода математического моделирования, общие принципы и схемы построения математических моделей, а также характеристику двух направлений в химической кибернетике, которые определяют исходные позиции при составлении математического описания. В главах IV, Vи VI подробно рассматривается методика построения кинетических, гидродинамических моделей и моделей некоторых химических реакторов (математическое описание детерминированных процессов). В главе VII приведены примеры составления математических моделей процессов без химического превращения, протекающих в аппаратах химической технологии. В главе VIII изложена методика построения статистических математических моделей (стохастические процессы), дана краткая характеристика наиболее распространенных методов составления статистических моделей и примеры к каждому из них. Поскольку основной целью математического моделирования является оптимизация хими-ко-технологических процессов, заключительная — IX глава содержит некоторые сведения об оптимизации и постановке задач оптимизации, смысл и содержание которых иллюстрируются на конкретных примерах. В приложения включены некоторые таблицы и специальные термины, используемые при разработке статистических моделей. [c.8]

В настоящее время высшие хлорированные парафины /хлор-парафины/ различных марок находят все более широкое применение в промышленности и спрос на них непрерывно возрастает. Они, например, успешно применяются в качестве пластификаторов для различных полимеров, в частности, такого крупнотоннажного продукта, как поливинилхлорид. Для улучшения пластифицирующего действия и совместимости хлорпарафинов с полимерами желательно получать как можно более однородные по химическому составу и строению продукты. Зто обстоятельство необходимо учитывать при построении математической модели процесса глубокого хлорирования. мшдких н-пара №ов, в ходе которого получают промышленные образны хлорпарафинов, а также при разработке конкретных реакторов для этого процесса. В настоящей работе проведено теоретическое исследование кинетики со-ответствуюшюс реакций, протекающих в периодическом реакторе идеального смешения. [c.24]

Тип химического процесса, необходимость контакта потоков в разных фазовых состояниях подразделяют реакторы на одно- и многофазные. По-разному будет сказываться на характере процесса движение потоков через реактор и внутри реакционной зоны - ведь даже полученные выше математические модели процессов в проточных реакторах (движение через реактор) в режимах идеального смешения и вытеснения (движение в реакционной зоне) суш,ественно различны. Выше были выделены только два способа движения реактантов через реактор - проточная и непроточная схемы. Возможен и полупроточный режим часть компонентов загружается в реактор в начале процесса, а часть подается в реактор во время ведения процесса. Также два режима движения потока в реакционной зоне - смешения и вытеснения - были рассмотрены выше. Они названы идеальными. В реальных условиях возможны отклонения от них - неидеальное движение потока. [c.109]

О. Г. Ступаченко рассмотрел [20] процесс смещения как процесс, протекающий в своеобразном химическом реакторе, где от перво 1ачально несмешанной композиции путем постепенного связывания ингредиентов постепенно осуществляется переход к гомогенному продукту. Одновременно были учтены упруговязкие свойства такой смеси, неизотермичность процесса и его нестационар-ность во времени. Для решения полученной математической модели процесса смешения — системы дифференциальных и алгебраических уравнений— была использована аналоговая электронная моделирующая и вычислительная установка АВМ ЭМУ-10 (рис. 5.2). [c.197]

Одной из основных тенденций в развитии современной химической промышленности является создание крупнотонна кных производств.При этом первостепенное значение имеет выбор оптимальной конструкции реактора и оценка технических возможностей реализации агрегатов высокой производительности.Эти задачи логут Оыть решены с использованием адекватной математический модели процесса. [c.199]

Исследование химических процессов (особенно неизотермических реакций в потоке, что является наиболее распространенным случаем химической технологии) требует выяснения влияния изменения начальных условий (температура, соотнопгение концентраций и т. п.) на решение системы дифференциальных уравнений, представляющих собой математическую модель процесса. В данном разделе на примере реакции пиролиза метана в плазменной струе проведено такое исследование с помощью численного решения на электронной цифровой вычислительной машине. В работе 115] на математической модели плазмохимического процесса конверсии метана в ацетилен было изучено влияние начальной температуры Т (0), начально скорости V (0) плазменной струи и начальной концентрации метана (0) на максимум концентрации ацетилена Сз (г ), длину реактора Ь и другие величины. При этом было отмечено, что зависимость величин (г ), Ь и [c.52]

В настоящей монографии рассмотрены только гомогенные изотермические реакции, в то время как соответствующие про-мьпнленные процессы часто протекают в гетерофазных системах с неоднородными нолями концентраций и температур внутри реактора. Для математического моделирования таких систем прежде всего необходимо выбрать адекватную кинетическую модель процесса, правильно описывающую химические превращения компонентов. Изложенный в книге материал должен помочь сделать такой выбор научно обоснованным. После того как кинетическая модель выбрана, явления переноса вещества и тепла в реакторе могут быть учтены при построении общей математической модели процесса стандартными методами. Возникающие при этом задачи относятся уже к области макрокинетики и, следовательно, выходят за рамки настоящей монографии. Вместе с тем совершенно ясно, что развитие макрокинетики реакций образования и превращения полимеров, столь важной для математического моделирования промышленных процессов их синтеза и химической модификации, невозможно без хорошо разработанных методов описания истинной химической кинетики соответствующих реакций. Эти методы, подробно изложенные в данной книге, могут быть с успехом использованы и нри решении многих макрокине-тических задач химической технологии получения и модификации лолимеров. [c.362]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология