Моделирование реакторов на вычислительных машинах

Исторически в исследованиях наибольшее распространение получил метод физического моделирования, согласно которому связи между физическими величинами устанавливаются только в пределах данного класса явлений. В таком случае основные уравнения, опис ыв щие процесс, преобразуются в группу критериев подобия, которые являются инвариантными к масштабам реактора. Это позволяет результаты исследований на модели переносить (масштабировать) на промышленный аппарат. Поскольку химический процесс характеризуется одновременно р личными классами физических и химических явлений, то при физическом моделировании его с изменением масштаба физической модели реактора инвариантности критериев подобия достичь не удается. Стремление сохранить при изменении масштабов постоянство одних критериев приводит к изменению других и в конечном счете к изменению соотношения отдельных стадий процесса. Следовательно, перенос результатов исследования с модели реактора на его промышленные размеры становится невозможным. При математическом моделировании указанное ограничение автоматически снимается, так как необходимости в переходе от основных уравнений к форме критериальной зависимости здесь нет, нужно иметь лишь описание химического процесса, инвариантного к масштабам реактора. При этом количественные связи, характеризующие процесс, отыскиваются в форме ряда чисел, получаемых как результат численного решения на электронных вычислительных машинах. [c.13]

Заново написаны разделы по цифровым вычислительным машинам и автоматическому управлению химико-технологическими системами, а также главы по математическому моделированию типовых процессов химической технологии и основам синтеза и анализа химикотехнологических систем и системному анализу. Введен раздел по составлению математических моделей экспериментально-статистическими методами и статистической оптимизации. Дополнены разделы по этапам математического моделирования, оптимизации (введено геометрическое программирование) и исследованию микро- и макро-кинетики. Приведен расчет каскада реакторов при наличии микро-и макроуровней смешения и др. [c.8]

В главе I было показано, что мощные вычислительные машины, в частности аналоговые, могут успешно применяться при расчете системы автоматического регулирования и устранить необходимость прибегать к догадкам при изучении, совершенствовании и отладке этой системы регулирования. Указанная процедура применима, например, при разработке и проверке только что описанной системы автоматического регулирования работы реактора. Для того чтобы провести такое машинное изучение или моделирование, нужно составить полную математическую модель всего исследуемого производственного агрегата. Эта модель представляется в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений, подобно тому, как было показано в главе IV. [c.92]

Поэтому в последнее время все шире используется метод математического моделирования для расчета и исследования химических реакторов [48, 49, 283]. Создание математических моделей стало возможным благодаря внедрению вычислительных машин. Современные вычислительные машины позволяют осуществить огромное число различных операций, провести - расчеты по математическому описанию любого (в перспективе) химико-технологического процесса. [c.223]

Альтернативной проблемой является разработка программ для моделирования действующих реакторов, либо для оценки активности катализатора и работы в течение пробега, либо для точного определения мест повреждения, например, механического повреждения внутри реактора. В ряде случаев использованы варианты симплексного способа для обработки методом наименьших квадратов часто противоречивых данных, полученных из заводских записей. Та же техника наименьших квадратов используется (исследование Портера и Сноудона) для анализа и обработки лабораторных данных по кинетике новых или улучшенных катализаторов — непрерывное упражнение, которое, в конечном счете, отражается в передовых программах, описанных в предыдущих разделах, и в подобных программах для друг их реакций. Поэтому на всех стадиях, от лаборатории до стандартной обработки требований потребителя, при анализе каталитических проблем все более широко используются возможности цифровой вычислительной машины, а также новой техники, развитой с использованием ее преимуществ. Это составляет, возможно, выдающуюся черту современной технологии. [c.193]

В книге описано моделирование при помощи цифровых вычислительных машин для исследования переходного процесса на примере адиабатического реактора процесса, протекающего в каскаде реакторов процесса с рециркуляцией непрореагировавших исходных компонентов. [c.108]

В книге в доступной форме рассмотрены основные направления и методы математического моделирования применительно к типовым химико-технологическим процессам. На примерах возрастающей сложности (гидравлические емкости, колонные аппараты, химические реакторы) показаны все стадии математического моделирования реальных процессов — постановка задачи, построение модели, решение ее па цифровой вычислительной машине и анализ полученных результатов. [c.4]

С л и и ь к о М. Г., Этапы моделирования химических реакторов, в сб. Всесоюзная конференция по химическим реакторам , т. 1, Новосибирск, 1965. Уилсон А., У и л с о н М., Информация, вычислительные машины и проектирование систем, Изд. Мир , 1968. [c.26]

Построить математическую модель системы регулирования, которая позволила бы произвести эксперименты на вычислительной машине, для определения настройки регулятора расхода при заданном диапазоне возмущений по расходу вещества А. При моделировании принять, что диаметры В всех трубопроводов и давления Р в них равны между собой, а расстояние от точки соединения трубопроводов до форсунки реактора равно м. [c.264]

Моделирование работы промышленного конвертора на электронных вычислительных машинах может служить основой для расшифровки реальной кинетики процесса, протекающего в реакторе. Более подробно о принципиальной стороне этого вопроса см. статью И. И. Иоффе и Л. М. Письмена в настоящем сборнике на стр. 249. В данной работе мы излагаем лишь примененный нами метод расшифровки кинетики реакции окисления смеси бутена-1 и бутена-2 в малеиновый ангидрид. Основная реакция протекает по уравнению [c.103]

Современные возможности использования ЭВМ в химии и химической технологии не исчерпываются ни системами АСУ, ни информационными системами. Вычислительная техника все шире проникает в химию, и некоторые авторитеты (например, лауреат Нобелевской премии Р. Малликен) считают, что уже наступило время, когда химики должны направляться не в лабораторию, а к вычислительным машинам. Возможно, что это мнение особенно привлекательно для тех, кто занимается квантовой химией, но уже сейчас есть немало энтузиастов, считающих, что информационные системы интеллектуальной поддержки могут оказаться исключительно полезными как в проверке новых научных гипотез, так и в разработке принципиально новых химико-технологических процессов. Именно поэтому диагностика, информатика и математическое моделирование рассматриваются как важнейшие разделы современной химической технологии наряду с макрокинетикой, теорией химических реакторов и химическим материаловедением. [c.221]

Автор совместно с Л. С. Перепелицей и А. Ю. Сафроновым (1980) осуществил моделирование кинетики процессов взаимодей-ствия ниобатов и танталатов с серной кислотой на аналоговой вычислительной машине (АВМ). При моделировании была выбрана система дифференциальных уравнений, применяемая для исследования процессов выщелачивания в реакторе непрерывного действия с идеальным перемешиванием [7], которая учитывает наиболее существенные факторы, влияющие на процесс, а также взаимное воздействие различных параметров. Изменение количества [c.35]

Электрические вычислительные машины позволяют быстро производить необходимые расчеты и обеспечивают плодотворное применение математического моделирования. При этом под моделью понимают математическое описание исследуемого процесса. Оно может состоять из одного или нескольких уравнений в зависимости от сложности процесса. Гидродинамика, теплообмен, массообмен и химическая кинетика, обусловливающая работу реактора, должны быть, каждый в отдельности, описаны своим уравнением. Совокупность всех этих уравнений дает полное математическое описание. Естественно, что в основу этой работы будут заложены наши представления о модели самого аппарата и режиме его работы. [c.199]

Анализируя оптимальные условия с точки зрения кинетических закономерностей, мы не касались важного вопроса о методах математического моделирования каталитических процессов для расчетов реакторов, для нахождения и анализа оптимальных режимов, с одновременным учетом разных факторов. Эти методы, успешно развиваемые в последнее время в работах М. Г. Слинько и И. И. Иоффе с сотрудниками [885—888, 1239, 1240], с применением электронных вычислительных машин [1146] (см. также обзоры Г. К. Борескова и М. Г. Слинько [1175, 1271], имеют широкие перспективы. Изложение их выходит за рамки нашей книги. Математические приемы анализа оптимальных режимов каталитических процессов и общие вопросы использования кинетических данных для этой цели обсуждаются также в работах [889—892]. [c.460]

Чтобы получить эти данные обычным экспериментированием, сущность которого состоит в постановке серий опытов для изучения влияния каждого переменного в отдельности при сохранении остальных переменных неизменными, потребуется длительное время и большой объем экспериментальной работы. Математические методы позволяют упростить решение этой задачи тремя путями применением математической статистики для анализа экспериментальных данных и планирования эксперимента применением аналоговых вычислительных машин для моделирования процессов на стадии лабораторного исследования и при оптимизации работающих промышленных реакторов применением аналитических методов описания процессов. [c.11]

Каким же образом быстро решить вопрос о наилучшем варианте из всех возможных конструкций химического реактора Как найти наиболее выгодный технологический режим (температуру, давление, концентрацию, вид и количество катализатора) для созданной конструкции реактора и обеспечить оптимальный выход продукции Решение проблемы во многом облегчает математическое моделирование. Впервые задачи по математическому моделированию химических процессов были сформулированы и решены еще в 1958 г. Г. К. Боресковым — директором Института катализа Сибирского отделения АН СССР. Возможность теоретически рассчитывать промышленные реакторы исходя только из лабораторных опытов не имела прецедента в мировой конструкторской практике, в химической технологии. Вначале ввиду сложности математического аппарата казалось, что работы Г. К. Борескова имеют чисто теоретический интерес. Однако уже в ближайшее время обнаружилась их большая практическая значимость, и они получили высокую оценку. Следует отметить, — заявил в 1964 г. в речи на годичном собрании президент АН СССР М. В. Келдыш, — работы Института катализа Сибирского отделения нашей академии по методам математического моделирования химических процессов, в частности процессов катализа, с помощью электронных цифровых и аналоговых вычислительных машин. Эти методы были применены к важнейшим промышленным каталитическим процессам — окислению двуокиси серы в серный ангидрид для производства серной кислоты, получению мономеров для производства синтетического каучука, пластмасс — и к некоторым другим процессам Ч [c.317]

В результате для моделирования интенсивности работы аппарата и выхода продукта в одном реакционном объеме необходимо решать совокупность десятков уравнений. Часто моделируемая химикотехнологическая операция совершается в секционированном (например, многополочном) аппарате или батарее аппаратов, т. е. в нескольких последовательно расположенных реакционных объемах. Тогда расчет последовательно повторяется по каждой секции и, в целом, для моделирования операции приходится решать десятки и сотни уравнений. Применение электронно-вычислительных машин позволяет быстро справиться с этой задачей. Однако полное математическое моделирование химико-технологических процессов, операций и соответствующих им реакторов производится пока что лишь для небольшого числа хорошо изученных процессов. В большинстве же случаев химико-технологические процессы еще недостаточно изучены для полного математического описания и математическое моделирование или совсем невозможно, или применимо для решения частных задач моделирования в совокупности с методом физического моделирования. [c.127]

Полученную систему кинетических уравнений нельзя решить без применения электронных вычислительных машин более того, решение даже с помощью вычислительных машин является довольно сложной задачей. Проведенные в Вычислительном центре АН СССР расчеты на машине Урал-2 показали вполне удовлетворительную сходимость вычисленных по кинетическим уравнениям показателей процесса дегидрирования бутилена на катализаторе К-16 с экспериментальными данными, полученными на Куйбышевском заводе синтетического каучука [255]. Полученную систему уравнений использовали для моделирования процесса на аналоговых машинах (например, наМН-14) и в этом случае наблюдали [256] хорошую сходимость расчетных и опытных величин по конверсии отклонения не превышали 4%, а по перепаду температуры в адиабатическом реакторе — 8—9%. Имеются и другие работы по математическому моделированию процесса дегидрирования бутилена на катализаторе К-16 с использованием приведенных выше уравнений [257, 258]. [c.125]

Рассмотрим, как можно применить эти данные для расчета того или иного реактора. Остановимся сначала на примерах упрощенных расчетов, а затем на примерах моделирования с применением вычислительных машин. [c.220]

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]

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]

По этим причинам наиболее плодотворным нам представляется второе направление в химической кибернетике, которое исходит из анализа механизма процессов, происходящих внутри реактора. При этом могут быть широко применены методы и представления, развитые в настоящей книге. Использование быстродействующих электронных вычислительных машин позволит решать значительно более сложные задачи, чем рассматривавшиеся здесь, и, в частности, подойти к задаче полного электронного моделирования процесса, намеченной в работах (уже цитировавшихся) Борескова и Слинько. Метод черного ящика должен рассматриваться не как конкурирующий, а как дополняющий, поскольку он позволяет приспособляться в ходе самого процесса к изменениям трудно контролируемых факторов. Таким образом, если задача предварительного установления оптимальных параметров должна решаться по возможности на основе анализа внутреннего механизма,процессов, то метод черного ящика относится уже к уточнению этих параметров в узкой области их изменения в процессе автоматического регулирования [c.472]

Теория химических реакторов быстро развивается в настоящее время благодаря интенсивной разработке методов математического моделирования химических процессов, с использованием электронно-вычислительных машин. Однако доля искусства и интуиции при создании промышленных химических реакторов продолжает играть еще значительную роль. Эмпирический путь остается еще преобладающим для проектирования химических реакторов. Ограниченность его заставляет усилить теоретические исследования в этой области. [c.151]

Разработка химических реакторов л1етодом математического моделирования основанная на всестороннем изучении и познании технологического процесса, требует совместных усилий специалистов в области химии, физической химии, химической технологии, химической аппаратуры, математики, вычислительных машин, экономики и автоматизации и участие различных коллективов научно-исследовательских и проектных организаций, опытных заводов, химических и машиностроительных предприятий. Поэтому необходимы целенаправленная деятельность специалистов и определенная последовательность работ [c.462]

Как уже было отмечено, при синтезе алгоритмов стабилизации было применено численное моделирование системы в целом с одновременным применением метода Розенброка для определения оптимальных параметров в алгоритмах стабилизации. Для ограничения времени, необходимого для расчетов на вычислительной машине, математическая модель реактора была упрощена. При упрощении мы исходили из полной метаматической модели реактора в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных [215], которая решалась на ЭВМ. Затем численные решения были аппроксимированы в форме последовательного соединения нелинейной статической модели и линейной динамической модели (рис. IX.10). Аппроксимированная модель была использована при оптимизации параметров алгоритмов стабилизации. [c.366]

Разработаны также пути оптимизации окисления этилена по критерию себестоимости. Математическое моделирование процесса съема тепла в трубчатых реакторах получения окиси этилена позволило выявить влияние на устойчивость процесса коэффициента теплопередачи различных теплоносителей, способа подачи газа в реактор (снизу или сверху). Результаты исследования возможностей математического моделирования и путей оптимизации процессов окисления этилена в окись этилена, которые разрабатываются в Институте катализа СО АН СССР и в Научно-исследовательском физико-химическом институте им. Карпова под руководством акад. АН СССР Г. К. Борескова, чл.-корр. М. Г. Слинько, Г. М. Островского и др., позволяют ускорить выбор новых катализаторов для этого процесса и оптимальных параметров при проектировании новых объектов есть данные о применении вычислительных машин для управления работой установок получения окиси этилена за рубежом [c.247]

В технологическом оформлении процесса получения полиэтилена низкой плотности достигнуты значительные успехи сконструированы мощные компрессоры, вентили для сверхвысокого давления, увеличена производительность реакторов. Улучшен контроль за процессом вследствие применения различного электронного оборудования и электронных вычислительных машин. При конструировании реакторов начинают использовать метод математического моделирования с применением электронных вычйслйтельнйх мйшин, что позволяет точно рассчитать степень конверсии, эксплуатационные характеристики и, отчасти, качество продукта. . [c.147]

Работы в области моделирования и оптимизации каталитических процессов направлены на максимальное сокрап1 ение сроков между лабораторными исследованиями каталитических реакций и их использованием в промышленности. Несмотря на то, что кинетические закономерности элементарных актов почти не зависят от масштабов эксперимента, прямое воспроизводство лабораторных опытов в промышленных условиях невозможно. Изменение масштабов реакторов и путей подвода и отвода химических продуктов резко меняет не только скорость, но и направление процессов. Развитие вычислительных средств позволяет сократить сроки промышленного внедрения результатов исследований путем замены ряда промежуточных укрупненных испытаний расчетами на аналоговых и вычислительных машинах. [c.139]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология