Метод моделирования кинетики

Вслед за кратким обзором основных понятий и терминологии кинетики химических реакций рассмотрены реакции в гомогенных средах, неизотермические процессы, проточные реакторы, гетерогенные каталитические процессы, реакции в слое зернистого материала и методы моделирования. В конце дано очень краткое описание типов химических реакторов, применяемых в промышленности. [c.10]

Мы надеемся, что методы моделирования кинетики гетерогенных каталитических процессов, изложенные в настоящей книге, помогут исследователю в расшифровке загадок природы, какими являются кинетика и механизм каждой реакции. [c.239]

Книга посвящена теории н практике оптимизации действующих и проектируемых технологических процессов и аппара тов для обезвоживания и обессоливания нефтей. Даны методы построения статических и динамических моделей этих процессов в целом и их отдельных звеньев. Приведены методы оценки резервных возможностей действующих установок и способы выявления их слабых звеньев. Значительное место в книге уделено моделированию кинетики процессов укрупнения эмульсий. [c.2]

Метод изучения кинетики реакции во взвешенном слое катализатора [3, 26, 29, 31] приобретает большое значение, в частности, при моделировании производственных условий некоторых процессов. Ведение реакций во взвешенном слое требует тщательного выбора гидродинамических условий, приближающихся к моделируемому процессу. Прежде всего важно, аналогичное моделируемому процессу, отношение действительной скорости w к скорости начала взвешивания кув катализатора. [c.289]

За истекшие с момента опубликования книги [158] годы рассмотренные в ней проблемы разрабатывались с разных точек зрения (как с теоретических позиций, так и с прикладной "программной" стороны) в многочисленных работах различных исследователей. Эти работы, расширявшие и углублявшие методы вычислительной математики, с одной стороны, и развивавшиеся средства вычислительной техники — с другой, сделали численное моделирование кинетики физико-химических процессов повседневной практикой. [c.5]

Изложенные выше методы моделирования позволяют исследовать кинетику химических реакций с различными механизмами активации и распада многоатомных молекул вне зависимости от числа атомов, входящих в молекулу. [c.76]

И. И. Иоффе, Л. М. Письмен, Статистические методы исследования кинетики химических процессов . Сб. Моделирование и оптимизация каталитических процессов , Изд. Наука , 1965. [c.278]

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]

Проведенный анализ быстрых реакций полимеризации показал, что отмеченные при математическом моделировании эффекты тождественны наблюдаемым экспериментально на примере полимеризации изобутилена [2]. Сравнение расчетных и экспериментальных данных указывает на возникновение градиента концентрации и температур, т.е. быстрые реакции с локальным вводом катализатора протекают по отдельным зонам в виде факела с различными температурными и кинетическими параметрами. Важным следствием неизотермичности процесса является повышение полидисперсности продукта по средним молекулярным массам, т.е. ухудшение его свойств. Наличие факела в быстрых процессах полимеризации, в частности изобутилена, определяет специфические методические и практические приемы их проведения. Так, внешнее термостатирование не является эффективным и ограничивает использование дилатометрии и многих других экспериментальных методов исследования кинетики процесса. Лишь низкие концентрации катализатора (меньше 10 моль/л) при условии эффективного перемешивания реакционной массы могут обеспечить изотермический характер процесса и получение полимерного продукта с ММР, близким к расчетному. [c.142]

Сложные условия работы химических и нефтехимических реакторов и трудности расчета привели к применению метода моделирования. Его целью является создание аппаратов в натуре на основе результатов экспериментирования на модели. Невозможность моделирования кинетики химической реакции привела к тому, что в модели и натуре исследуется одна и та же реакция. Помимо кинетики процесс в реакторе определяется гидродинамической, массо- и теплообменной характеристиками. Поэтому моделирование реактора требует, кроме геометрического подобия, также соблюдения гидродинамического, теплового и диффузионного подобия. [c.196]

Нельзя, однако, забывать, что в основе методов моделирования должна лежать надел<ная информация о механизме исследуемого процесса, о его кинетике и граничных условиях. Другими словами, в химической технологии наиболее мощным средством исследования по-прежнему является объединенный метод — теоретический и экспериментальный. [c.7]

Б. Предельно возможная глубина отверждения для эквивалентных соотношений реагирующих функциональных групп при любых условиях всегда меньше 1 [122]. Этот результат был получен при исследовании процесса формирования сетчатого полимера методом моделирования. Так, при реакции би- и тетрафункционального мономера даже при устранении всяческих диффузионных затруднений путем проведения реакции при температурах, превышающих температуру стеклования предельно отвержденного полимера, глубина превращения меньше 1. Этот факт ярко показывает роль сложной топологической организации сетчатого полимера в кинетике-его формирования. [c.31]

Конечно, применяя найденные, таким образом, законы переноса к расчету конкретных химических процессов, нужно учесть химическую специфику каждого процесса, т. е. законы, управляющие истинной кинетикой на поверхности. Вопрос о том, как комбинируются законы химической кинетики с законами переноса вещества, был нами детально рассмотрен. Разработан простой приближенный метод, названный квазистационар-ным методом, или методом равнодоступной поверхности. Этот метод позволяет, зная законы истинной кинетики на поверхности, с одной стороны, и законы переноса, полученные методом моделирования, с другой, рассчитать скорость суммарного процесса. Но можно изучать законы переноса, наблюдая химический процесс, даже и не зная истинной кинетики на поверхности. Для этого достаточно перевести процесс в диффузионную область, где скорость его перестает зависеть от кинетики и всецело определяется условиями переноса. Это, конечно, чрезвычайно существенно, так как иначе практическая ценность моделирования явлений переноса посредством химических процессов была бы весьма невелика, ввиду ограниченности и неточности наших знаний о кинетике гетерогенных реакций. [c.366]

Срок сохранности пищевых продуктов в большой степени зависит также от способа их упаковки. Существует много подходов к исследованию эффективности различных видов упаковки. Один из интересных методов, основанный на математическом моделировании, описан в работе [36]. Автор работы использует методы моделирования для изучения кинетики ухудшения свойств пищевых продуктов и тех требований, которым должна отвечать упаковка продуктов при заранее заданном сроке хранения. [c.35]

Полезное введение в методику моделирования дано в монографии [115]. Интересные примеры применения различных методов моделирования публикуются также в литературе по аналитической химии. В частности, в гл. 4 монографии [114] рассматривается использование в исследовании химической кинетики очень популярного и хорошо известного метода Монте-Карло. Авторы публикаций, в которых обсуждаются достоинства метода моделирования, как правило, сами пользуются им. Так, авторы статьи [117] продемонстрировали роль компьютерного моделирования в исследованиях факторов, определяющих оптимальный режим работы высокоэффективного жидкостного хроматографа, предназначенного для препаративного разделения в данном случае при помощи компьютерного моделирования изучалось влияние на элюирование изменения числа теоретических тарелок в хроматографической колонке. Авторы статей [118— 120] интенсивно изучали применение моделирования в дифференциальной импульсной полярографии как выяснилось, в результате моделирования можно предсказать форму полярографического пика и его положение как функции экспериментальных переменных, таких, как высота и длительность импульса и время спада. В этом примере метод моделирования позволяет аналитику осуществить выбор и оптимизацию экспериментальных условий без проведения длительных эмпирических исследований. [c.392]

Целью данной главы является обзор методов, применяемых при обработке кинетических данных и при моделировании кинетики реакций. Мы рассматриваем имеющиеся варианты для работы на средних или малых калькуляторах. Таким образом, данная глава ограничивается рассмотрением трех наиболее часто учитываемых в кинетике реакций факторов. Каждый раз численная обработка дается с такими объяснениями, что даже химик — новичок в компьютерной обработке пой.мет принципы и ограничения выбранных методов и сможет использовать их вполне сознательно. [c.152]

Научно-техническое совещание не только рассмотрело современное состояние теории и практики жидкостной экстракции, но и определило главные направления дальнейших исследований в этой области химической техники. Необходимо всемерно развивать теоретические и экспериментальные исследования но статике и кинетике процессов экстракции, разработке методов моделирования и расчетов экстракторов, а также по разработке новых эффективных типов оборудования и совершенных технологических схем. [c.4]

Газовая хроматография, наряду с электронно-вычислительной техникой, в значительной степени сделала возможным применение метода моделирования для разработки процесса. При этом может потребоваться много информации, относящейся к кинетике и специфике. К примеру, химик, изучающий процесс получения метионина, больше не будет довольствоваться проводимым время от времени анализом полученного продукта, чтобы удостовериться, что по меньшей [c.209]

Наиболее широкое применение АВМ находят для моделирования систем автоматического регулирования, а также для моделирования кинетики химических реакций и многих других объектов химии и химической технологии. Методы работы с АВМ и использования их в химии и технологии изложены в книге [6]. [c.22]

Рассмотренные примеры не охватывают все методы, основанные на применении ЭВМ для моделирования кинетики. Обзор ряда более сложных методов можно найти, например, в работе [33]. [c.36]

Безденежных А. А. Инженерные методы составления уравнений скоростей реакций и расчета кинетических констант. Л., Химия, 1973 Снаговский Ю. С., Островский Г. М. Моделирование кинетики гетерогенных каталитических процессов. М., Химия, 1976. [c.77]

Основой для построения математической модели каталитического превращения реагентов в химическом реакторе служит кинетическая модель химических реакций, протекающих на поверхности катализатора. Зная функциональную зависимость скорости химической реакции на поверхности катализатора от состава реакционной смеси и температуры, можно вычислить скорость реакции, отнесенную к единице объема катализатора, и селективность превращения ключевого компонента в целевой продукт. Эти две величины — важнейшие для характеристики эффективности промышленного катализатора. Уравнения макрокинетики являются составной частью математической модели химического реактора, которая на стадии проектирования используется для расчета оптимального технологического режима работы реактора и его конструктивных особенностей, а в процессе эксплуатации реактора — для расчета оптимального режима управления процессом. Другая область применения кинетических моделей — это изучение механизма химических реакций. Анализ моделей позволяет выявить и предсказать поведение эксперимента и существенные стороны механизма реакции при изменении условий эксперимента. Поэтому ясно, насколько серьезной и ответственной задачей является построение кинетической модели каталитических реакций. Вследствие практической важности проблем, возникающих при построении кинетических моделей, им уделяется самое серьезное внимание широкого круга исследователей — теоретиков и экспериментаторов. Этим проблемам посвящена обширная литература. Достижения в области моделирования кинетики обобщены в обзорных статьях и монографиях [5, 30, 31, 65]. В настоящей главе рассматриваются лишь основные методы построения кинетических моделей гетерогенно-каталитических реакций. [c.103]

За последнее десятилетие в СССР и некоторых зарубежных странах получила распространение отрасль науки — математическое моделирование химических реакторов и процессов. Ее успехи обусловлены, с одной стороны, совершенствованием экспериментальных. методов исследования кинетики химических превращений и скоростей переноса тепла и реагирующих веществ, а с другой, — стремительным развитием вычислительной математики и вычислительной техники. Сейчас математическое моделирование стало общим методом оптимального проектирования химической аппаратуры. Поэтому редактор перевода счел целесообразным дополнить книгу разделом, в котором в конспективной форме изложены основные идеи и этапы моделирования каталитических реакторов (глава XV), а также подробной библиографией работ по математическому моделированию химико-технологических процессов, опубликованных в 1965—1967 гг. В дополнении отражены главным образом исследования коллектива лаборатории моделирования Института катализа СО АН СССР, проведенные совместно с сотрудниками Института математики и ВЦ Сибирского отделения АН СССР, особенно работы В. С. Бескова, Т. И. Зеленяка, Ю. И. Кузнецова, В. А. Кузина, Ю. Ш. Матроса, В. Б. Скоморохова и А. В. Федотова. [c.11]

В настоящей главе подробно обсуждаются характерные свойства кинетических механизмов реакций, методы анализа механизмов реакций, основные принципы их упрощения и различные следствия математического моделирования кинетики сложных процессов. Эти аспекты представляют определенный интерес, поскольку в некоторых случаях необходимы механизмы реакций, включающие более 1000 различных химических компонентов, для описания процессов, протекающих в гомогенном реакторе (см. гл. 16). Такие огромные кинетические механизмы требуют и столь же грандиозных вычислительных затрат при моделировании процессов горения в двигателях и горелках из-за пространственно неоднородной структуры трехмерных турбулентных потоков с изменяющимися концентрациями и температурой, которые наблюдаются в них. [c.107]

Исследование диффузионной кинетики встречает ряд осложнений в связи с трудностями зкспериментального определения диффузионных параметров системы сырье-катализатор. Однако в последние годы зтот подход находит все большее оснешение в литературе. Применение методов диффузионной кинетики для обработки результатов испытания различных катализаторов позволяет более обоснованно выбирать катализаторы, носители для них, размеры зерна и ряд других важных технологических показателей, связанных с оценкой эффективности процесса. При решении проблем моделирования реактора и оптимизации процесса наиболее правильным считается использование диффузионных моделей. [c.71]

Жоров Ю. М. Использование методов химической кинетики для разработки, моделирования и оптимизации процессов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Дис. на соиск. учен, степени докт. хим. наук. М., Ii967. (МИНХ и ГП им. Губкина). [c.197]

Необходимо всемерно развивать теоретические и экспериментальные исследования по статике и кинетике процессов экстракции, по разработке методов моделирования и расчетов экстракторов. Решению этих задач будет способствовать предлагаемая вниманию читателей книга профессора Вроцлавского политехнического института Здислава Зюлковского, в которой систематизирован обширный материал по жидкостной экстракции и отражен личный опыт автора. [c.7]

При расчете Р. х. определяют необходимые для достижения заданной производительности и селективности процесса объем аппарата, скорость потока, пов-сгь теплообмена, гидравлич. сопротивление, режим работы, конструктивные параметры (уточняются на основании аэродинамич. испытаний). Расчет выполняют на основе данных по термодинамике и кинетике р-ций, скорости тепло- и массообмена (см. Макрокинетика) с учетом структуры потоков в аппаратах. Наиб, полный расчет, проводимый методом моделирования с использованием ЭВМ, включает определение полей т-ры и концентрации, оптим. режима, схемы теплообмена и циркуляции (см. Оптимизация), а также, наряду с выбором способа управления, анализ устойчивости режима. См. также Массообмен, Перемешивание, Печи, Пленочные аппараты, Теплообмен. [c.205]

В соответствии с двумя аспектами кинетического метода (выдвижение теоретических гипотез о механизме реакции и их опытная проверка) моделирование кинетики гетерогенных каталитических процессов сочетает черты двух научных дисциплин теоретических основ кинетики гетерогенного катализа и математической теории эксперимента. Теоретические основы кинетики гетерогенного катализа весьма подробно изложены в монографии Кипермана [1], а идеи и методы математической теории эксперимента — в книге Налимова [21. Кроме того, широкое использование ЭВМ вызвало потребность в детальной формализации некоторых вопросов кинетики каталитических реакций и в автоматизации программирования кинетических уравнений. Эти проблемы мы также рассмотрим как составные части моделирования кинетики гетерогенного катализа. [c.12]

В фильтрах безреагентной очистюи воды наиболее важными конструктивными параметрами являются высота и крупность зерен загрузки. В водоочистных фильтрах реагентной очистки эти параметры определяются методом фильтрационного анализа технологичеакого моделирования. Для фильтров безреагентной очистки аналогичный метод моделирования отсутствует, и высота фильтрующей загрузки определяется только экспериментальным путем, поэтому были поставлены опыты по изучению кинетики проникания загрязнения в толщу за Прузки при скоростях фильтрования Уф =1- 3,5 м/ч. Общая высота фильтрующей загрузки составляла 140 см. Периодически по слоям загрузки отбирались пробы годы и определялось содержание взвешенных веществ в ней. Как и следовало ожидать, с увеличением скорости восходящего потока частицы взвешенных веществ глубже проникают в толщу загрузки х [c.47]

Небольшое усложнение схемы приводит к необходимости интегрировать уравнения кинетики численно. Применение для этих целе11 ЭВМ должно сыграть большую роль при изучении механизма сложных химических реакций, а также реакций, протекающих в неизотермических условиях [122]. Действительно, найти механизм реакции в сложных случаях без использования ЭВМ оказывается практически невозможным [123,124]. Физико-химики все чаще приходят к выводу о том, что математическое моделирование кинетики на ЭВМ должно быть обязательным важным дополнением к экспериментальным методам изучения механизма сложных реакций [124а, 125]. Здесь необходимо заметить, что первая попытка численного интегрирования системы кинетических уравнений большой размерности была предпринята еще в 1940 г. [126]. Авторы [126[ применили для этих целей механически 1 дифферен- [c.112]

Из приведенного краткого рассмотрения ясно, что сочетание методов химической кинетики и математич еской статистики позволяет получать адекватные математические описания процессов гидроизомеризации, а по ним методами математического моделирования можно изучать результаты процесса в различных режимах и выявлять наиболее эффективные. [c.300]

При таком подходе становится возможным снижение затрат времени на исследование и конструирование (поскольку используется моделирование кинетики процессов на ЭВМ, а экспериментальные исследования проводят с использованием методов планирования экспериментов, что существенно сокращают их количество), в проектировании устраняется чрезмерное увеличение размеров установки, снижаются капитальные затраты, выбираются наилучшие возможные характеристики оборудования и режимов, а также выравнивается качество продукта экономические затраты оказываются более точными, так как проводится предпроектная проработка на основе экспериментальных данных для наиболее рацирнальных условий реализации технологии. [c.297]

В четвертой главе сосредоточены лабораторные работы по моделированию химических реакций. Примеры в этом цикле иллюстрируют возможности аналоговой вычислительной техники при изучении химических реакций. Показаны методы использования аналоговой машины при моделировании кинетики хихчических реакций (работы 9 и 10), при анализе и обработке экспериментальных данных, при решении задач поиска кинетических констант, при решении задач, связанных с определением механизма хими- ческой реакции (работа И). [c.9]

Кинетика гетерогенных процессов обмена в сложных случаях определяется скоростями протекания целого комплекса микро- и макроскопических процессов. При этом полное и точное математическое описание всех этих процессов приводит к громоздким системам дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений, решение которых с необходимой точностью не всегда удается получить не только аналитически, но даже численными методами. Трудности полного математического описания кинетики гетерогенных процессов являются причиной широкого распространения методов формальной кинетики. Кинетические уравнения, в состав которых входят эмпирические константы, удовлетворительно описывают кинетику процессов, как правило, только для отдельных элементов общей поверхности межфазного контакта для отдельного зерна катализатора, для единичного элемента диспергированного адсорбента и т. д. С другой стороны, расчет технологических процессов требует анализа кинетики гетерогенного обмена для всей поверхности межфазного контакта с учетом реальных условий протекания процесса в конкретном аппарате или реакторе. Методам статистической макрокинетики, т. е. методам описания кинетики гетерогенных процессов в таких макроскопических условиях реальных аппаратов и реакторов, которые не могут быть описаны только детерминированными соотношениями и требуют использования статистических подходов, посвящена третья глава книги. В качестве гидродинамического введения к развиваемым в этой главе методам статистического описания и моделирования широкого класса процессов массопереноса в условиях интенсивного перемешивания рассматриваются некоторые результаты исследования двухфазной турбулентности в псевдоон<иженном слое, стохастический характер которой приводит к ряду типичных нелинейных эффектов, [c.10]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология