Простые реакции оптимизация

Если функция Т (z) (О sg z L) задана, то снова можно проинтегрировать уравнение (IX.25), хотя получить решение в квадратурах можно только в случае необратимой реакции. Мы можем поставить простейшую задачу оптимизации, выбрав критерий оптимальности и найдя температурный профиль Т (z), при котором этот критерий оптимальности достигает наивысшего значения. Еслп Т (z) задано, то из уравнения (IX.26) можно найти необходимую для поддержания этого температурного профиля скорость теплообмена [c.262]

Мы рассмотрим только простейшую задачу оптимизации трубчатого реактора для случая обратимой экзотермической реакции. Опыт, который мы приобрели, исследуя последовательности реакторов [c.265]

Для более сложных реакций аналитическое решение невозможно необходимо использовать численные методы оптимизации, однако приведенный выше подход, связанный с построением характеристик, может быть принципиально применен в том же виде, что и для простых реакций. [c.121]

Решение задач, связанных с отысканием оптимальных условий проведения химических реакций, несомненно играет важнейшую роль в общей организации химического производства, так как зачастую позволяет при этом же аппаратурном оформлении и тех же затратах сырья получить большой выход полезной продукции или повысить ее качество. Кроме того, химические процессы решающим образом влияют на > экономику производства, поэтому существенное значение приобретает экономически обоснованный выбор эксплуатационных параметров химических реакторов. В данном разделе изучены оптимальные условия для ряда простейших реакций, проводимых в различных аппаратах, с учетом разных экономических оценок эффективности процессов. При этом рассмотренные ниже примеры могут явиться иллюстрацией возможностей использования методов исследований функций классического анализа для решения частных задач оптимизации химических реакторов. [c.108]

Прежде всего об общих принципах эксперимента. Меченый предшественник должен более или менее свободно входить в систему и становиться метаболически эквивалентным эндогенному субстрату, в который требуется ввести метку. Эти требования в общем соблюдаются, например, для ацетат-иона, в меньшей степени—для малонат-иона и часто совершенно не соблюдаются для введенного мевалонат-иона. Конечно, во время эксперимента организм должен продуцировать требуемое соединение из эндогенного субстрата (а не, например, из некоторого накапливаемого позднее промежуточного вещества). Эксперимент должен также обеспечивать возможность отличать проверяемый прямой путь включения от любых других неожиданных и часто в высшей степени косвенных путей. Например, структуры многих поликетидов таковы, что меченый поликетид в результате простых реакций расщепления может стать источником специфически меченного аце-тил-КоА, который затем может включаться в совершенно иное соединение. Еще один пример такие совершенно различные по структуре аминокислоты, как глицин, серии и триптофан, могут являться эффективными предшественниками С-метильных групп количественное сравнение с меченым метионином показывает, что последний представляет собой гораздо лучший предшественник, но результаты с другими аминокислотами могут быть правильно интерпретированы только при наличии определенных данных о промежуточном метаболизме. Соблюдение соответствующих биологических принципов может также оказаться выгодным при выборе наиболее экономичной или наиболее чувствительной методики. Как будет показано ниже, различные применяющиеся в настоящее время изотопы следует вводить в различных количествах этот факт следует учитывать, например, при проведении предварительных опытов с целью оптимизации условий включения предшественника. Кинетика включения предшественника может быть чрезвычайно сложной. Эта тема достаточно хорошо осЕ-г-щена в обзорах [1,96,97] описано и применение математического анализа кинетических данных, который имеет, по-видимому, ограниченное применение, но тем не менее важен как инструмент фундаментального исследования [98,99]. [c.467]

Однако лишь немногие из показанных реакций оказались пригодными в классическом варианте их проведения в качестве методов синтеза целевых соединений, и здесь основным ограничивающим обстоятельством также явилась недостаточная чистота реакции. Действительно, даже в простейшем случае, например, гидратации этилена в присутствии серной кислоты, может образоваться помимо целевого продукта, этилового спирта, также диэтиловый эфир, диэтилсульфат и еще ряд продуктов (схема 2.10), и только при тщательной оптимизации условий реакции (кислотности среды, температуры, скорости подачи этилена, удаления продукта реакции и т. п.) можно обеспечить преимущественное образования одного из этих продуктов. Еще хуже обстоит дело в случае более сложных алкенов, так как при этом ход формально столь же простых реакций дополнительно осложняется возможностью образования продуктов присоединения как по правилу Марковникова (М-адцукт), так и против правила Марковникова (аМ-аддукт). [c.84]

В заключение следует остановиться на прогнозировании сложных многофункциональных катализаторов и каталитических систем. Применение таких систем находит все большее применение в промышленности, поскольку дает возможность осуществлять в одну стадию сложные синтезы и повысить селективность процессов. Поскольку подбор катализаторов для простых реакций проще, чем для сложных, и часто такие катализаторы уже известны, наиболее просто синтезировать каталитические системы механическим смещением, исходя из принципа автономности каталитического действия, т. е. подбирать такие компоненты смеси, которые в условиях сложного процесса не изменяли бы каталитических свойств в отношении простых составляющих реакций и не оказывали бы вредного действия на реакции, которые катализируются другими компонентами смеси. Если такие компоненты системы найдены изложенными выше методами, то вопросы эффективности ее применения, состава системы и его изменений по координате реакции могут решаться количественно, исходя из механизма и кинетики процесса, математическими методами оптимизации. [c.7]

Распространенный тип реакторов представляет собой сосуд, в который подаются реагенты и из которого удаляются продукты реакции, а содержимое сосуда перемешивается так, чтобы состав и температура реагирующей смеси были как можно более постоянными по всему его объему. Далее слово реактор будет употребляться без уточняющих определений применительно к тому типу реакторов, который разбирается в этой главе реакторы других типов будут именоваться полностью. Прежде всего мы выведем основные уравнения для простейше модели реактора и покажем, как с их помощью решаются задачи проектирования реактора. Некоторые экономические вопросы, связанные с проектированием, приведут нас к задачам оптимизации и управления реактором. Задачи управления потребуют исследования поведения процесса в нестационарном режиме. В конце главы будут рассмотрены недостатки простой модели идеального смешения в реакторе и вопросы расчета двухфазных процессов. [c.149]

Выше весьма подробно была рассмотрена проблема оптимизации обратимой экзотермической реакции, поскольку с математической точки зрения она бесспорно представляет собой простейший случай. Причина заключается в том, что в этом случае общая скорость реакции должна быть максимальной в любых точках реактора. К сожалению, этот принцип не приложим к другим реакциям, и для них приходится применять более сложные математические методы. [c.150]

Рассмотрим одну из простейших и в то же время теоретически наиболее важную задачу оптимизации — определение оптимальной температуры в каждом сечении реактора идеального вытеснения. Состав смеси продуктов реакции на выходе трубчатого реактора [c.365]

Когда кинетические зависимости составляющих реакций не известны, оптимальный профиль температур находят методом постепенного приближения. Детально проблема оптимизации простых и сложных реакций рассмотрена Арисом . [c.234]

Несвязность и связность процессов. При теоретической оптимизации находят оптимальные температурный режим, давление и состав реакционной смеси. Для простых процессов (с одной химической реакцией) определение оптимальных условий упрощается. Эти процессы являются несвязными, т. е. для них оптимальный режим в каждый момент времени не зависит от протекания. реакции в другие моменты. Иначе говоря, локальная скорость химического процесса должна быть максимальной в каждый момент времени (в каждом сечении аппарата). [c.491]

Простые соображения показывают, что данная задача не сводится к последовательно решаемой серии задач статической оптимизации. В самом деле, оптимизация выхода целевого продукта при фиксированном I одновременно приводит к интенсификации побочной реакции, что должно обусловить уменьшение возможного выхода целевого [c.208]

В задачах оптимизации детерминированных процессов различают простые и сложные критерии оптимальности. Принято называть критерий оптимальности простым, если требуется определить максимальное или минимальное значение К, без заданных условий на какие-либо другие величины. Такие критерии оптимальности обычно выбираются при постановке частных задач оптимизации в терминах технологических оценок (например, максимальная концентрация целевого продукта Стах некоторых типов реакций) и иногда в общих задачах, если требуется найти производительность или себестоимость целевого продукта без каких-либо условий на величины, определяющие указанные экономические оценки. [c.244]

Настояш,ая глава посвящена исследованию влияния некоторых постоянных компонентов сточной воды на реакции осаждения, которые обычно происходят при обработке известью. Показано, что действие некоторых ионов на процесс образования карбоната кальция может быть выражено как функция их концентрации при анализе используется простая модель изотермы адсорбции Ленгмюра. Эта зависимость может быть использована для оптимизации действия извести, если присутствуют ионы, ингибирующие кристаллизацию. [c.27]

Аналитический вид кривой здесь не приводится — даже для такой простой схемы реакции это потребовало-бы применения достаточно сложного математического аппарата. В случаях же, когда химизм еще более сложен, аналитическое решение вообще получить не удается задачу оптимизации приходится решать моделированием на ЭВМ. [c.188]

В книге изложены механизмы типовых реакций органического синтеза, даны научные основы гомогенного и гетерогенного катализа и гетерофазных процессов. Даны методы термодинамического расчета, кинетического исследования и математического описания простых и сложных органических реакций. Изложено применение этих данных для выбора реакторов и технологических параметров процесса с привлечением основ теории реакторов и оптимизации. Книга снабжена многочисленными примерами, иллюстрирующими способы исследования процесса и практическое применение полученных данных приведены примеры и упражнения по разным разделам курса. [c.2]

В химической технологии при оптимизации сложных процессов химического превращения вещества, с целью достижения наилучшего распределения продуктов реакции и обеспечения максимального выхода целевого продукта, исходят из анализа гидродинамической обстановки в реакторе. Гидродинамический режим движения характеризует перемешивание реагирующих веществ в аппарате (в зоне реакции) и в значительной мере определяет избирательность протекания как простого, так и сложного процесса химического превращения вещества. При этом движение потоков взаимодействующих веществ в реакторе должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная производительность аппарата по целевому продукту, а режим ведения химического процесса должен быть таким, чтобы скорость побочных реакций, а следовательно, и выходы их были минимальными. Для этого в случае протекания в реакторе параллельных реакций необходимо уменьшать или увеличивать концентрации исходных веществ в реакционном объеме (в зависимости от порядка реакции), а в случае последовательных реакций — избегать перемешивания реакционных смесей, имеющих разный состав продуктов реакции. [c.12]

Для этой цели создаются новые катализаторы с прекрасным дизайном. Катализатор, будучи загруженный в реактор, должен работать на получение целевого продукта. Для того, чтобы выполнить задачи математического моделирования и оптимизации работы реактора, необходимо знание скоростей химических превращений на данном катализаторе. Другими словами, мы должны иметь математическое выражение, представляющее в явной форме зависимость скорости реакции от переменных состояния (концентраций, парциальных давлений, парциальных фугитивностей, температуры, давления), изменяющихся в ходе реакции в реакторе. Эти уравнения называем математической моделью кинетики или просто кинетической моделью. [c.67]

При кинетическом исследовании обычно решаются две главные задачи 1) расшифровка схемы химических превращений, т. е. последовательности макростадий образования целевого и побочных продуктов 2) нахождение полных кинетических уравнений каждой из составляющих эту схему простых реакций. В результате появляется возможность теоретических выводов о механизме реакций (с привлечением других данных, например по реакционной способности, стереохимии и т. д.) и возможность решения важных технологических задач по расчету и оптимизации процесса, [c.258]

Причина, по которой при оптимизации этого типа реакций необходима убывающая последователыность температур, уже обсуждалась выше. Теперь мы рассмотрим способы расчета такого температурного режима. С математической точки зрения подобная задача является простейшей из задач оптимизации неизотермического режима. [c.141]

Бартоломе и Крабец рассчитали многослойный адиабатический реактор для равновесной реакции НаО+С0 — На+СООни рассмотрели зависимость между превращением и входной температурой, влияние старения катализатора на степень нревращения, а также возможность увеличения нревращения путем наилучшего распределения катализатора по нескольким слоям с промежуточным охлаждением реакционной смеси. Они пришли к выводу, что если температура на входе выбрана правильно, отклонение от оптимального распределения катализатора в двухслойном реакторе оказывает лишь незначительное влияние на конечную степень превращения. Расчет оптимального распределения катализатора довольно прост, если имеется необходимая и надежная информация. Строго говоря, такой оптимум действителен только для заданных состава сырья и нагрузки реактора. Так как на работающей установке эти условия могут меняться, очень важно выяснить возможность оптимизации при измененных условиях. [c.215]

В обш,ем случае ЭХГ может иметь различное напряжение на выводах, различный допустимый ток нагрузки, отличаться по своей структуре в части пневмогид-равлических и электрических схем, по способу объединения ТЭ, по электролиту, по системам термостатирования, продувки и вывода продуктов реакции. Кроме того, ЭХГ могут иметь различные системы храпения и подготовки топлива и окислителя. Выбранный вариант указанных систем часто определяет структуру построения схемы ЭХГ в целом. Эти обстоятельства существенно сказываются иа энергетических и массо-габаритных характеристиках установки и надежности ее работы. Требования получения высоких удельных энергетических характеристик, высокой надежности и живучести системы являются явно противоречивыми, и выбор параметров ЭХГ производят исходя из оптимизации лишь некоторых комплексных критериев. При выборе структурной схемы ЭХГ надо учитывать требование его минимального обслуживания или в пределе полной автономности в работе, высокой безопасности эксплуатации и особенно пожа-ровзрывобезопасности (см. ниже). Также существенным, а иногда и определяющим требованием является требование наиболее простой конструкторской реализации. [c.197]

Таким образом, исследования показали, что метод ИТДЭ может быть эффективным инструментом прогнозирования реакций образования термореактивных полимеров, а следовательно, оптимизации режимов отверждения полимерных композиционных материалов, расчета времени гелеобразования и хранения. Метод ИТДЭ может быть также полезным и для получения достоверной кинетической информации об исследуемых реакциях. Если реакция проста, как, например, в случае с ГМБМИ, то можно установить достоверный порядок реакции. Нетрудно при этом определить и константу скорости реакции. Проверив правильность расчета времени реакции в изотермическом режиме, можно убедиться в достоверности найденного значения энергии активации. [c.13]

Математическое моделирование хаотических физико-химических реакций. Прп традиционном математическом моделировании хаотических физико-химических реакций, основанном иа использовании кинетического закона действия масс (см., например, [7]), могут возникать определенные трудности. Во-первых, исследователям приходится усложнять механизм реакции (так, подробная химическая модель реакции Белоусова — Жаботинского содержит 5 — 7 стадий и 8—12 составных комнонеит). Во-вторых, численные методы, используемые для решения таких моделей, в случае расчета хаоса будут неустойчивыми, что потребует дополнительных машинных затрат для их стабилизации. В-третьих, данные модели сложно использовать для решения обратных задач и для задач управления (оптимизации). В силу названных причин развитие более простых математических моделей, позволяющих адекватно описывать хаотические физико-химические реакции, весьма актуально. [c.178]

Программа DINASIN [178] была предназначена для оптимизации синтеза двухспиральной дезоксирибонуклеиновой кислоты. Для превращения четырех мононуклеотидов (аденина, цитозина, гуанина и тимина) в цепочку ДНК используют три класса реакций защиту мононуклеотидов, простую конденсацию звеньев одной цепи и образование дуплекса. Включив в программу оценку времени, требуемого для реакции разделения и анализа продуктов, Пауерс сосчитал возможную продолжительность полного синтеза аланинового гена, фактически осуществленного в группе Кораны за 20 человеко-лет. Результаты расчета показали, что использование выбранного программой оптимального пути синтеза позволило бы сэкономить 50 % этого времени. [c.52]

Уровень, на котором вьшолнены различные работы, весьма различен. В наиболее тщательных исследованиях проводилась полная оптимизация геометрии как стабильных, так и переходных структур, геометрия переходного состояния уточнялась путем минимизации нормы градиента, как это описано в разд. 2.9. Во многих случаях, однако, ввиду большой сложности и трудоемкости подобного исследования авторы ограничивались оптимизацией лишь небольшого числа геометрических параметров, а то и просто расчетом какого-нибудь произвольно выбранного пути реакции . Мы старались отдавать предпочтение работам, в которых проводилась более полная оптимизация геометрии и более детально исследовались различные механизмы рассматриваемых [c.139]

Многообразие обменных процессов, необходимых для синтеза различных веществ и роста клеток, требует их хорошей координации. Каждый метаболический путь включает несколько ферментативных реакций. Процессы метаболизма обеспечивают получение энергии в биологически доступной форме, синтез простых структурных компонентов и сложных макромолекул, а также редупликацию клетки. Необходимость вьщержать конкуренцию с другими живыми существами привела к развитию механизмов, которые, с одной стороны, дают возможность приспосабливаться к меняющимся условиям внешней среды, а с другой-оптимально согласовывают между собой различные метаболические процессы. Объектами такой оптимизации могут быть ферментные белки, их синтез и функционирование. Регуляция клеточного метаболизма происходит на двух уровнях-на уровне синтеза ферментов и на уровне изменения их активности. [c.472]

Неэквивалентные структуры с суммарной формулой НСКО известны не только тем, что для них было впервые описано явление изомерии (разд. 2.1), но и тем, что относительная стабильность изомеров этой системы, видимо, впервые определена из теоретических расчетов. Это исследование провели Полинг и Хендрикс [432] на самой заре квантовой химии с помощью простой электростатической модели. Спустя 50 лет на основе неэмпирических расчетов методом ССП в трех различных базисах Поппингер и сотр. [433] подробно проанализировали синглетную гиперповерхность потенциальной энергии системы H NO с целью найти все минимумы, переходные состояния и пути реакции. На энергетической гиперповерхности было обнаружено девять или семь (в зависимости от базиса) минимумов и десять переходных состояний, связывающих структуры, отвечающие этим минимумам. Несмотря на большое количество найденных стационарных точек, нельзя предполагать, что они уже полностью исчерпаны, так как авторы работы [433] при оптимизации структур ограничились лишь некоторыми из 38 возможных (топологически различных) связанных изомеров немо. Наглядное представление о 6-мерной гиперповерхности НСЫО можно получить с помощью двумерной поверхности, являющейся функцией валентных углов 0 (угол НСЫ) и Ф (угол СЫО). Энергетическая поверхность Е = Е(0,Ф), вычисленная в базисе 4-31-0, показана на рис. 15 [433]. Ясно, что корректное исследование произвольного равновесия или реакции с участием молекул немо должно учитывать наличие разнообразных изомеров. [c.101]

Экспериментальное кинетическое исследование даже достаточно простой химической реакции можно разделить на два этапа. Первый из них связан с выяснением наблюдаемых закономерностей химического процесса, т. е. с оценкой скорости реакции и ее зависимости от условий эксперимента. Получаемая формальная характеристика в конечном счете дает возможность составить математическое описание процесса. Эти результаты уже позволяют проводить моделирование и оптимизацию процесса, решать задачи рроектирования и др. [c.9]

Чтобы ответить на этот вопрос, обратитесь к закономерностям оптимизации простых обратимых экзотермических реакций, например окисления оксида се ры IV, а также к особенностям оптимизации сложных обратимых экзотермических реакций. Вы можете по аналопии придти к выводу, что для увеличения скорости поликон- [c.293]

Согласно теории оптимизации процессов, оптимальный температурный профиль в реакторах или их последовательностях соответствует максимуму дифференциальной селективности в каждом из их элементов. Тогда для расчета оптимального профиля температур в аппарате идеального вытеснения можно рекомендовать такой метод- Весь объем реактора условно делят на секции с небольшой величиной АХа в каждой из них (например, 0,05 или 0,10). Секцию рассматривают как реактор полного смешения и, применяя соответствующие алгебраические уравнения, находят toпт для каждой секции, начиная с первой. В итоге получают кривую оптимальных температур по степени конверсии. Для периодических условий разбивают общую длительность реакции на ряд промежутков с небольшими АХа, когда скорости можно считать приблизительно постоянными. При реализации процесса в каскаде реакторов полного смешения оптимальную температуру в каждом из них определяют аналогично. Во всех случаях поиск максимума селективности и соответствующей ему температуры осуществляют на цифровых ЭВМ, а в более простых случаях — на микрокалькуляторах. [c.356]

Отметим, что каждая последующая модификация модели естественным образом включает в себя предьщущую. Например, в области внешних условий, для которых разработана модель (I, выполняется равенство Fe раств. = Fe , поскольку все железо, полученное в реакции окисления, находится в растворенном состоянии, и модель Па переходит в модель П. При практическом использовании модели для оптимизации производственных режимов это означает, что, если существует возможность попадания в области внешних условий модели Па, можно пользоваться ее уравнениями. Если же такие условия исключены, лучше пользоваться уравнениями модели П как более простыми. Модель Пб целесообразно использовать, если биомасса T.ferrooxidans входит как одна из необходимых переменных процесса культивирования, например, в процессах с оборотом биомассы. [c.160]

Оптимизация полной целевой функции требует громадных затрат машинного времени. Каждая итерация сопряжена с интегрированием уравнений (2.2) для всех опытов, а число итераций должно быть значительным, так как по крайней мере два параметра должны быть учтены для каждой из рассматриваемых реакций. Бокс и Хантер [5] предложили более простой метод, пригодный, когда эксперименты проводятся изотермически при различных точно известных температурах Г,-= onst(i), i — = 1, 2, п и число степеней свободы для каждого опыта положительно. В такой ситуации модель оптимизируется отдельно для каждого эксперимента, что приводит к величинам [c.397]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология