Сложные реакции оптимизация

Для сложных реакций оптимизация селективности промышленного процесса обычно играет первостепенную роль. Включение в число оптимизируемых переменных параметров пористой структуры и размера зерна катализатора для сложных реакций чрезвычайно усложняет задачу оптимизации химического реактора. В принципе аналитические методы (динамического программирования, принцип максимума Понтрягина) позволяют получить условия оптимальности для параметров, характеризующих пористую структуру катализатора. Однако факт, что для определения скорости реакции необходимо решать краевую задачу для системы дифференциальных уравнений 2-го порядка, определяющих изменение концентраций реагентов в зерне, делает бесполезными аналитические методы. [c.199]

Поскольку основной процесс почти всегда сопровождается нежелательными параллельными или консекутивными реакциями, оптимизация выхода в значительной степени зависит от относительных скоростей целевых и побочных реакций. Учитывая это, рассмотрим сложный процесс с основной реакцией вида [c.201]

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]

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]

Разработка основ новых технологических процессов и их оптимизация с использованием химических и термодинамических принципов управления реакционной способностью по механизмам сложных реакций. [c.4]

Евстигнеев В. А., Семенов А. Л. О системе аналитических вычислений, ориентированной на решение задач кинетики сложных реакций Ц Трансляция и оптимизация программ.— Новосибирск, 1984,— С, 172—175, [c.142]

Рассмотренные до сих пор методы и примеры решения задач оптимизации химических реакторов основывались на предположении об известном механизме химической реакции, проводимой в аппарате, тип которого задан в постановке оптимальной задачи. Вместе с тем, на практике часто встречаются случаи, когда исчерпывающая информация о механизме реакции в форме кинетических уравнений отсутствует. В таких случаях может оказаться полезной информация о химическом превращении, полученная в форме зависимости селективности реакции от степени превращения одного из исходных реагентов, участвующего в образовании полезного продукта сложной реакции [3]. [c.136]

Оптимальная температура для сложной реакиии. При протекании сложной реакции только часть исходного вещества превращается в полезный продукт. Задачу оптимизации формулируем следующим образом при заданном общем превращении исходного вещества х достигнуть максимального выхода полезного продукта у или максимальной избирательности 5, изменяя соответствующим образом температуру как управляющий параметр. [c.183]

Реакторный узел (соединение нескольких реакторов) используют для оптимизации режима процесса, что было рассмотрено в разделе 5.2.2, или ограничении единичного объема одного реактора. Рассмотрим параллельное и последовательное соединение реакторов и сопоставим их по интенсивности (общему объему, необходимому для достижения одинаковой степени превращения или конечной концентрации С ) и селективности процесса в них (при протекании сложной реакции). [c.330]

Наконец, последнее десятилетие ознаменовалось тем, что обобщающая теория кинетики сложных реакций получила свое развитие и стали очевидными возможности широкого практического использования кинетических исследований. Здесь по-новому встали вопросы оптимизации каталитических процессов и моделирования реакторов, плодотворно решаемые на основе точных кинетических данных. Теперь уже возникла необходимость описания кинетики нестационарных процессов. [c.12]

Оптимизация степени конверсии. Эта задача часто является одной из важнейших, поскольку степень конверсии сильно влияет и на удельную производительность реакторов, и на селективность. При оптимизации степени конверсии необходимо рассматривать вместе расходы по реакционному узлу и по смежным стадиям отделения непревращенного реагента и системы его рециркуляции (рис. 103). Последние две включают энергетические затраты (работа колонн разделения, компрессоров или насосов, теплообменников), а также возможные непроизводительные потери сырья, зависящие от величины рециркулирующих потоков. При прочих равных условиях можно принять, что упомянутые энергетические затраты пропорциональны величине рециркулирующего потока. Кроме того, в сложных реакциях побочный продукт может иметь определенную ценность, и его следует включать в уравнение экономического баланса. [c.366]

В действительности реакция бутадиена с никелевыми (0) катализаторами в присутствии различных лигандов является исключительно сложной, в ходе этой реакции конкурентно действует множество подвижных равновесий. Замечательно, что стало возможным контролировать эту реакцию с целью получения одного главного продукта. Недавно потенциально мощный способ изучения и оптимизации сложных реакций, устанавливающий связь между добавленными лигандами и изменением в рас- [c.89]

Изучение скоростей реакций позволяет выяснить истинный механизм протекания сложных химических превращений. Это в свою очередь создает перспективы для нахождения путей управления химическим процессом, т. е. его скоростью и направлением. Выяснение кинетики реакций позволяет осуществить математическое моделирование реакций, происходящ 1х в химических аппаратах, и с помощью электронно-вычислительной техники задачи оптимизации и автоматизации химико-технологических процессов. [c.192]

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]

Автоматизация программирования с использованием теории графов базируется на представлении всех операций по расчету скоростей реакций и функций отклонений в виде вычислительного графа, вершины которого отвечают арифметическим и алгебраическим операциям, а ребра — потокам переменных, в них участвующим [45—47]. Одна из реализаций метода анализа скоростей реакций в стационарных условиях основана на идее применения основного (ОП) и сопряженного (СП) вычислительного процессов, разработанной для целей расчета и оптимизации сложных химико-технологических схем [47]. Вычислительный граф, соответствующий данному варианту механизма, строится на основе соотношений (4.7). [c.202]

Состав продуктов реакции контролируется не только термодинамическим равновесием, но часто и кинетическими факторами. Алкилирование ароматических углеводородов — сложный процесс, состоящий из ряда взаимосвязанных между собой реакций, таких, как алкилирование, изомеризация, диспропорциони-рование, переалкилирование, полимеризация и т. д. Расчеты равновесия процесса с учетом побочных реакций являются сложной задачей, которая в определенной степени была решена рядом исследователей [9, 10]. Тем не менее термодинамические расчеты по упрощенной схеме процесса алкилирования, в которой, не учитывается ряд стадий и побочных реакций, целесообразно использовать для определения основных параметров процесса, необходимых для его оптимизации. Термодинамический расчет алкилирования бензола этиленом и пропиленом в газовой и жидкой фазах детально рассмотрен в работе [10] и при необходимости может быть использован читателями. Сведения для термодинамических расчетов алкилирования бензола, толуола, ксилолов и других алкилароматических углеводородов можно заимствовать из работы [11]. [c.15]

Реакции коксообразования весьма сложны и, несмотря на большое число работ, имеется много спорного и неясного в представлениях о природе кокса, механизме и кинетике его образования, методах торможения и оптимизации коксующихся каталитических систем. [c.107]

Отметим, что при оптимизации обратимых экзотермических реакций теоретически предсказывается убывающая последовательность температур в направлении от входа к выходу реактора характер оптимального температурного профиля сложных (последовательных или параллельных) реакций зависит от соотношения энергий активации их элементарных стадий. [c.116]

Теперь рассмотрим указанные выше и некоторые другие вопросы, но не столько с позиции оптимизации, сколько с точки зрения возможностей, создаваемых рециркуляцией, для нахождения условий наиболее благоприятного протекания химических превращений и изучения механизма и кинетики сложных химических реакций и создания совершенных промышленных процессов, особенно больших химических комплексов. [c.12]

Как видно из сказанного выше, сложная система реакций может быть технологически реализована различным образом. Задав критерий оптимальности, следует провести оптимизацию возможных технологических схем осуществления процесса и выбрать наилучшую с точки зрения принятого критерия. [c.73]

В учебное пособие включено более 30 характерных примеров решения разнообразных задач химической технологии по моделированию кинетики химических реакций, расчету технологической аппа- ратуры (реакторы, массообменные аппараты, теплообменники, аппараты для очистки сточных вод и отходящих газов и др.), обработке экспериментальных данных в ходе исследовательских работ, принципам расчета сложных химико-технологических схем и оптимизации технологических процессов. [c.2]

Оптимизация режима в реакторе. При определении теоретического оптимального режима не будем рассматривать, каким способом можно его реализовать. Естественно, что обеспечить заданное непрерывное изменение температуры и состава технически сложно и нецелесообразно. Изменение тепловыделения по мере протекания разных реакций в оптимальном режиме показано на рис. 4.6. Реализовать необходимый теплообмен, чтобы поддержать оптимальные температуры с таким изменением тепловыделения, сложно, и в реакторах различного типа можно только приблизиться к Гопт" Естественно, что наилучшее приближение будет достигнуто при оптимальном режиме для реактора. Поэтому другой этап оптимизации - выбор оптимальных условий в реакторах определенного типа. [c.189]

Эти вопросы имеют большое значение при нынешнем состоянии использования и практического осуществления комплексных процессов. Однако при полном использовании преимуществ сопряжения процессов в комплексных системах этого недостаточно. Комплексные процессы должны оптимизироваться с позиции максимальной эффективности всего комплекса в целом, т. е. с учетом их синергизма. И это понятно, ибо, в самом деле, современные химические комбинаты нельзя рассматривать как территориальное сближение отдельных установок, так как они представляют собой единую органическую целую систему. В этой части книги приводятся два примера оптимизации региона, отличающиеся различным подходом. Б первом случае оптимизация реактора и региона производится одновременно. Во втором — сначала проводится расчет реактора при различных условиях Т, Р, gg и А/ (при заданном Ь), а затем на основе полученных данных оптимизируется весь регион. Первый подход удобен для несложных реакций, т. е. когда количество паралле.яьных и последовательных реакций небольшое. При сложных реакциях более удобен второй подход. Здесь также рассматриваются задачи по декомпозиционной глобальной оптимизации, региональной оптимизации и две [c.219]

В зависимости от целей исследований можно выбрать toi или иной тип реагента. С точки зрения простоты экспериментального метода, легкости кинетической обработки результатов опытов более целесообразна постановка исследований карбоксиреащионной способности углеродистых материалов. Кинетические исследования осталь- ных, более сложных реакций можно проводить преимуцественно для установления величин кинетических констант реакций и решения вопросов проектирования, моделирования и оптимизации технологических процессов, разумеется, с учетом специфических особенностей технологии процесса и применительно к конкретно выбранному или "оптимальному" виду углеродистого сырья. [c.17]

Этап 5. Математическое описание процесса состоит из математического описания отдельных блоков. Задачей математического описания яв.ляются установление в математической форме связи критерия оптимизации с управляемыми переменными, а такн е математическая трактовка всех имеющихся ограничений. Иными словами, цель этого этапа — получение математической формулировки задачи оптимизации. Математические модели блоков могут быть основаны на физико-химических закономерностях и чисто эмпириче-скими (основаны на полииомпнальном представлении зависимости выходных переменных блоков от входных). В задачах оптимального проектирования обычно используются модели первого типа, так как только они позволяют осуществлять достаточно широкую экстраполяцию данных при изменении масштабов аппаратов. Существенное место на этом этапе принадлежит задаче нахождения констант I, составленных математических моделях и вопросам их проверки. В 5 0делях, основанных на физико-химических закономерностях, как правило, значительно меньшее количество неизвестных констант подлежит уточнению до данным опыта, чем в эмпирических, однако п для них число определяемых констант может быть весьма большим (например, модель химического реактора для сложной реакции). [c.18]

Задачи оптимизации можно далее классифицировать как статические и динамические. Они существенно отличаются по методам решения. В статических задачах решение находится в виде числовых значений (например, определенных параметров проведения установивщегося процесса). В динамических задачах решение определяется в виде функций времени (например, изменения во времени количества заданного продукта реакции). Последняя задача является более сложной и трудоемкой. Основные принципы стати-, ческой и динамической оптимизации можно найти в работах, посвященных этим вопросам. [c.487]

Время жизни образовавшегося дихлоркарбена всегда крайне мало. В отсутствие реагирующего олефина он выдыхается . Например, хорошо изучены многостадийные и сложные реак-ци с дихлоркарбеном, полученным из трихлорацетата натрия [614]. Однако в случае реакции Макоши весь дихлоркарбен не образуется одновременно. Побочные реакции и гидролиз идут медленно, и система остается реакционноспособной в течение длительного времени даже в отсутствие хорошего акцептора карбена. Таким образом, находящийся в равновесии с исходным реагентом ССЬ может ждать субстрат, и поэтому становится возможной реакция даже с очень дезактивированными субстратами. На практике применяют 50%-ный (концентрированный) водный раствор гидроксида натрия в присутствии ТЭБА как катализатора и хлороформа в качестве растворителя. Общие тенденции к образованию, присоединению и гидролизу ССЬ приведены в табл. 3.18. В отсутствие олефина медленный гидролиз хлороформа ускоряется примерно в 6 раз под действием ТЭБА. Добавление олефина приводит к повышению расхода хлороформа, величина ускорения зависит от природы олефина. Гораздо большее значение имеет то, что соотношение скоростей присоединения карбена и гидролиза хлороформа зависит от нуклеофильности олефина и может изменяться в очень широких пределах [384]. Поэтому малореакционноспособные субстраты следует перемешивать с большим избытком основания и хлороформа длительное время. Из данных, приведенных в табл. 3.18, видно, что условий, оптимальных для всех олефинов, не существует. Тем не менее была проделана большая и успешная работа по оптимизации условий реакции [c.291]

Необходимым этапом поиска путей повышения эффективности как проектируемых, так и действующих химических производств является оптимизация. Несмотря на го, что с рециркуляцией проводится большое количество промышленных процессов, часто они протекают в условиях, далеких от оптимальных. Это связано с тем, что оптимизация рециклических процессов является сложной задачей ввиду сложности фаничных условий, налагаемых в этом случае на систему. В конце 1960-х гг. М. Ф. Нагиевым был разработан принцип супероптимальности, явившийся обобщением теоретических положений, на которых базируется оптимальное проведение рециклических процессов. Было показано, что когда уже ни один из регулируемых параметров не может привести к дальнейшему повышению эффективности ХТП, улучшения показателей можно добиться воздействием на процесс количеством и(или) составом рециркулята. Рециркуляционные параметры вызывают увеличение скорости химической реакции и приводят к росту селективности процесса и производительности единицы реакционного объема. [c.300]

Большинство исходных данных, необходимых для оптимизации промышленного реактора, можно получить в химической лаборато-рпп. Необходимо иметь сведения о самом дешевом С11 рье, предпочтительной последовательности реакционных фаз при сложном синте.зе, наиболее подходящем катализаторе, возможном нснользованни побочных продуктов и т. п. При оценке результатов экспериментов, связанных с этими вопросами, химик руководствуется в основном полученным выходом целевого продукта. Когда принято решение относительно тина реактора, необходимы дополнительные лабораторные сведения о влиянии переменных процесса па скорости пре-вращепия всех используемых реакций. [c.200]

Однако оптимизация по производительности может пграть очень важную роль при проведении экзотермических обратимых (равновесных) реакций поэтому следует найти промежуточное решение, удовлетворяющее требованию как высокой степени нревращения (для чего нужны низкие температуры), так и высокой средней скорости превращения. Различные проблемы оптимизации, вознпкающие при этом, рассмотрены ниже сделаны также некоторые замечания по температурной оптимизации более сложных реакционных систем, в которых ориентируются главным образом на выход целевого продукта. [c.207]

При реализации математической модели гидроочистки в профамме использовался объектно-ориентированный подход для анализа сложных систем. Эго позволило подставлять любые параметры модели в алгоритм оптимизации без дополнительных изменений в Ешгоритмах. При разрабо ке математической модели были найдены еле,дующие кинетические составляющие математического описания предэкспоненциальные множители, порядки реакций по водороду, тешовые эффекты реакций, энергии активации. Решение данной задачи можно рассматривать как задачу на (ождения минимума функции отклонений расчетных от экспериментальных данных. Построенная модель позволяет прогнозировать содержание сернистых соединений н ароматических углеводородов в продукте. [c.228]

Сопоставление вышеприведенных работ по кинетике гидрогено-лиза глюкозы, сорбита и глицерина показывает различие (иногда существенное) в полученных результатах, которое, очевидно, объясняется (помимо отличий в методике кинетического эксперимента) использованием разных концентраций катализатора и крекирующего агента. Таким образом, полученные в каждой из работ константы скорости, значения энергии активации, предэкспоненци-альные множители имеют локальное значение, так как привязаны к фиксированным значениям остальных параметров. Дальнейшие исследования кинетики этого сложного процесса целесообразно направить на определение истинных порядков реакции каждой из стадий, исследование щелочного ретроальдольного расщепления глюкозы, взаимного влияния концентраций катализаторов гидрирования, расщепления и гомогенных сокатализаторов, влияния дезактивации катализатора в ходе процесса и других факторов. Когда математическая модель будет учитывать влияние всего десятка факторов, воздействующих на выход целевых продуктов при гидрогенолизе, ее можно будет применить для целей оптимизации и управления. [c.131]

Предстоит выполнить большую работу по дальнейшему развитию различных аспектов применения принципа супероптимальности, особенно по выявлению закономерностей повышения оптимальности сопряженно работающих систем при учете интерференции сложного взаимодействия и переплетения потоков, имеющих место в комплексных системах с безграничным разнообразием реакций. Также многое предстоит сделать по решению многомерных задач оптимизации химических комплексов и исследованию их устойчивости. В приведенных в этой части численных решениях. значения некоторых параметров взяты произвольно, что упрощает решеппс задачи, не влияя на окончательные выводы. [c.24]

Однако лищь немногие из показанные 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-аддукт), так и против правила Марковникова (аМ-алдукт). [c.84]

Зачем нужна теоретическая оптимизация Дело в том, что практически реализовать теоретический оптимальный режим невозможно — слишком сложной будет организация теплоотвода для соответствия Грпт по мере протекания реакции. Тем не менее теоретическая оптимизация помогает [c.208]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология