МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

Химическими реакторами называют аппараты, в которых осуществляются химические превращения с целью получения определённого вещества в рамках одного технологического процесса. Конструкции их многообразны, а химические превращения часто сложны.

Химические реакторы классифицируются:

- по фазовому составу реагирующих веществ (гомогенные, гетерогенные, гетерогенно-каталитические);

- по структуре потоков (идеального смешения, идеального вытеснения, реальные, с комбинированной структурой потока);

- по конструктивным признакам (трубчатые, емкостные, полочные, комбинированные);

- по тепловому режиму (изотермические, адиабатические, политропические);

- по характеру питания реагентами и удаления продуктов реакции (периодического действия и непрерывного действия);

- по назначению (лабораторные, опытные, пилотные, полупромышленные и промышленные).

При всём многообразии реакторов, их математическое описание представлено материальным и тепловым балансами и позволяет решить две задачи:

1) по заданным конструкции аппарата и параметрам входного потока определить параметры процесса и характеристики выходного потока;

2) по заданным параметрам входного и выходного потока подобрать конструкцию аппарата и параметры процесса.

Решение этих задач позволяет осуществить анализ, синтез, оптимизацию технологических процессов и возможно только при наличии:

- адекватной математической модели реактора;

- алгоритмов решения прямых и обратных задач различного типа в их компьютерной реализации;

- эффективных оптимизационных процессов, обеспечивающих решение обратных задач.

В разделе рассмотрены наиболее распространённые типы реакторов: гомогенные, идеального смешения и идеального вытеснения, изотермические, адиабатические политропические, лабораторные и промышленные, реакторы непрерывного действия.

Анализ химических реакторов, в которых протекают гомогенные реакции, состоит из следующих этапов:

- предварительный анализ, связанный с расчётом физико-химических свойств, стехиометрии и термодинамики;

- кинетический анализ реакции;

- гидродинамический анализ, связанный с выбором структуры потока;

- составление детерминированной математической модели реактора;

- выбор алгоритма и решение математического описания реактора;

- сбор информации о реальных параметрах работы реактора в различных условиях;

- определение параметров модели реактора и их коррекция.

Результатом анализа является адекватная математическая модель реактора, схемы решения прямых, обратных, оптимизационных задач и их компьютерная реализация