ОСНОВИ ТЕОРІЇ ХІМІЧНИХ РЕАКТОРІВ

Царьова З.М., Товажнянський Л.Л., Орлова Є.І. Основи теорії хімічних реакторів. Комп'ютерний курс: Підручник для студентів хімічн. спец. / За ред. З.М.Царьової. - Харків: НТУ "ХПГ, 2002. -615с.

Розглянуто основи теорії хімічних реакторів на базі комп'ютерного моделювання. Підручник також містить 29 навчальних прикладів комп'ютерного моделювання мовою Ваsіс і більше 100 навчально-тренувальних завдань для самостійної роботи. Особливу увагу приділено системам реактор-теплообмінний пристрій та комп'ютерному моделюванню реактора синтезу аміаку.

Призначено для підготовки хіміків-технологів до ефективного використання ЕОМ у професійній діяльності.

ЗМІСТ

Основні умовні позначення

Передмова

Вступ

РОЗДІЛ І ХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ, ПРОЦЕСИ, РЕАКТОРИ

Глава 1 Хімічні реакції: складання та аналіз математичного опису. Комп'ютерне моделювання

1.1 Значення та основні етапи

1.2 Необхідні поняття та означення

1.3 Основні показники ефективності хімічних перетворень

1.4 Стехіометричний аналіз

1.5 Термодинамічний аналіз

1.6 Кінетичний аналіз. Теоретичний оптимальний режим

1.6.1 Прості реакції

1.6.2 Оборотні реакції

1.6.3 Прості та оборотні газофазні реакції

1.6.4 Паралельні реакції

1.6.5 Послідовні реакції

1.6.6 Багатостадійні гетерогенно-каталітичні реакції.

Кінетичний аналіз

1.7 Приклади комп'ютерного моделювання хімічних реакцій

1.7.1 Розрахунок рівноваги для широкого класу газо фазних реакцій

1.7.2 Розрахунок кінетики реакції зі складною схемою перетворення

Глава 2 Хімічні процеси: складання та аналіз математичного опису. Комп'ютерне моделювання

2.1 Загальні положення

2.2 Гомогенні хімічні процеси

2.3 Гетерогенні хімічні процеси

2.3.1 Некаталітичні хімічні процеси у системах газ-тверде та рідина-тверде

2.3.2 Некаталітичні хімічні процеси у системах газ-рідина та рідина-рідина

2.3.3 Каталітичні процеси

2.4 Приклади комп'ютерного моделювання хімічних процесів

2.4.1 Аналіз газорідинної хемосорбції у режимі миттєвої реакції

2.4.2 Аналіз газорідинної хемосорбції у режимі швидкої реакції

Глава 3 Хімічні реактори: складання та аналіз математичного опису. Комп'ютерне моделювання

3.1 Класифікація хімічних реакторів

3.2 Складання математичного опису хімічних реакторів з різними джерелами (стоками) речовини та теплоти

3.2.1 Загальний підхід

3.2.2 Математичний опис джерел (стоків) речовини та теплоти

3.2.3 Складання математичного опису реактора ідеального змішування (РІЗ

3.2.4 Складання математичного опису реактора ідеального змішування періодичної дії (РІЗ-П)

3.2.5 Складання математичного опису реактора ідеального витиснення (РІВ)

3.2.5 Складання математичного опису реакторів з неідеальною структурою потоку

3.3 Математичний опис протікання хімічних процесів у реакторах з різними гідродинамічними та тепловими режимами

3.3.1 Математичний опис протікання хімічних процесів у РІЗ

3.3.2 Математичний опис протікання хімічних процесів у РІЗ-П

3.3.3 Математичний опис протікання хімічних процесів у РІВ

3.3.4 Математичний опис протікання хімічних процесів у реакторах з неідеальною структурою потоку

3.3 Аналіз математичного опису хімічних реакторів при проведенні процесів в ізотермічному режимі

3.4.1 Необхідний час перебування реакційної суміші в апараті

3.4.2 Проведення простих реакцій за V- const у реакторах з ідеальною та неідеальною структурою потоку

3.4.3 Проведення простих реакцій за V≠ const у реакторах з ідеальною структурою потоку

3.4.4 Проведення складних реакцій за V= const у реакторах з ідеальною структурою потоку

3.4 Аналіз математичного опису хімічних реакторів при проведенні процесів в неізотермічному режимі

3.5.1 Адіабатичний РІЗ

3.5.2 Політропічний РІЗ

3.5.3 Неізотермічні РІВ

3.6 Математичний опис каталітичних реакторів

3.6.1 Математичний опис реакторів з нерухомим шаром каталізатора

3.6.2 Автотермічний реактор. Теплова стійкість реакторів з нерухомим шаром каталізатора

3.6.3 Математичний опис реакторів з псевдозрідженим шаром каталізатора

3.7 Промислові хімічні реактори

3.7.1 Реактори для проведення гомогенних процесів

3.7.2 Реактори для проведення процесів у системах Г-Т та Р-Т

3.7.3 Реактори для проведення процесів у системах Г-Р та Р-Р

3.7.4 Основні типи каталітичних реакторів

3.8 Приклади комп'ютерного моделювання хімічних реакторів

3.8.1 Розрахунок необхідного числа реакторів у каскаді РІЗ

3.8.2 Розрахунок показників функціонування насадкової протитечійної колони-реактора для проведення двокомпонентної хемосорбції

3.8.3 Аналіз множинності стаціонарних станів адіабатичного РІЗ при проведенні екзотермічних реакцій

Глава 4 Комп'ютерне моделювання хімічних реакторів з внутрішнім теплообміном

4.1 Розрахунок показників функціонування політропічного та адіабатичного реакторів ідеального змішування періодичної дії

з теплообмінним пристроєм типу оболонка-термостат

4.2 Розрахунок регулюючої дії при організації ізотермічного режиму функціонування реактора РІЗ-П з теплообмінним пристроєм типу оболонки

4.3 Розрахунок регулюючого впливу при організації ізотермічного режиму функціонування реактора РІЗ-П з теплообмінним пристроєм типу внутрішнього змійовика

4.4 Розрахунок показників функціонування реактора-теплообмінника при прямотечії та протитечії

4.5 Розрахунок регулюючої дії при організації заданого температурного режиму функціонування реактора-теплообмінника

4.6 Розрахунок необхідної довжини реактора-теплообмінника з паровим обігрівом

4.7 Проектний розрахунок реактора-теплообмінника для проведення екзотермічної реакції в ізотермічному режимі

Глава 5 Ідентифікація кінетичних та гідродинамічних моделей з використанням ПЕОМ

5.1 Ідентифікація кінетичних моделей

5.1.1 Кінетичний експеримент

5.1.2 Приклади параметричної ідентифікації кінетичних моделей на ПЕОМ

5.1.2.1 Ідентифікація на ПЕОМ параметрів кінетичних рівнянь за експериментальною залежністю типу r(с)

5.1.2.2 Ідентифікація на ПЕОМ параметрів кінетичних рівнянь за експериментальною залежністю типу c(t)

5.1.2.3 Ідентифікація на ПЕОМ параметрів рівняння Арреніуса

5.2 Ідентифікація структури потоку в реакторі

5.2.1 Ідентифікація вигляду моделі структури потоку

5.2.2 Ідентифікація параметрів моделей структури потоку

5.2.3 Приклад ідентифікації параметрів дифузійної та коміркової моделей структури потоку на ПЕОМ

РОЗДІЛ II ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ (ХТС)

Глава 6 Основні поняття та загальна характеристика хіміко-технологічних систем

6.1 Хіміко-технологічна система. Поняття, мета і показники

ефективності функціонування

6.2 Способи подання ХТС

6.3 Основні типи технологічних зв'язків

6.4 Загальна постановка задач аналізу та синтезу ХТС

Глава 7 Розрахунок стаціонарних режимів

хіміко-технологічних систем

7.1 Постановка задачі

7.2 Складання систем рівнянь балансів ХТС

7.3 Загальний підхід до розв'язання матеріально-теплових балансів ХТС

7.4 Способи подання результатів розрахунку балансів ХТС

РОЗДІЛ III КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОМИСЛОВИХ АВТОТЕРМІЧНИХ РЕАКТОРІВ СИНТЕЗУ АМІАКУ

Глава 8 Комп'ютерне моделювання промислового процесу синтезу аміаку

8.1 Промисловий синтез аміаку

8.2 Побудова математичної моделі та комп'ютерне моделювання рівноваги реакції синтезу аміаку в промислових умовах

8.3 Побудова кінетичної моделі процесу синтезу аміаку

8.3.1 Механізм каталітичної реакції синтезу аміаку

8.3.2 Виведення кінетичного рівняння реакції синтезу аміаку Тьомкіна-Пижева

8.3.3 Кінетичне рівняння реакції синтезу аміаку Тьомкіна-Смірнова-Морозова

8.3.3 Перетворення кінетичного рівняння реакції синтезу аміаку Тьомкіна-Смірнова-Морозова до розрахункового вигляду

8.3.5 Кінетичне рівняння процесу синтезу аміаку на зерні каталізатора

8.4 Обчислювальний експеримент з дослідження кінетичної моделі процесу синтезу аміаку

Глава 9 Комп'ютерне моделювання авто термічних реакторних систем синтезу аміаку

9.1 Технологічні принципи функціонування авто термічних реакторних систем синтезу аміаку

9.2 Комп'ютерне моделювання реактора аксіального типу

9.3 Обчислювальний експеримент з дослідження стійкості

й оптимальності функціонування реактора аксіального типу

9.4 Розрахунок на ПЕОМ зони байпасного змішування

9.5 Проектний розрахунок на ПЕОМ попереднього пластинчатого теплообмінника

9.6 Аналіз теплової стійкості автотермічної реакторної системи реактором аксіального типу

9.7 Комп'ютерний пошук оптимального байпасного регулюючого впливу

9.8 Ідентифікація ступеня активності каталізатора методом температурної діагностики

9.9 Комп'ютерне моделювання реактора аксіально-радіального типу

9.10 Аналіз теплової стійкості та оптимальності функціонування автотермічної реакторної системи з реактором аксіально-радіального типу

Додаток А Довідково-інформаційні дані для розв'язання задач

А.1 Необхідні числові методи

АЛЛ Метод дихотомії (метод ділення відрізку пополам)

А.1.2 Метод Ньютона (метод дотичних)

А.1.3 Метод ітерацій

А.1.4 Метод Ейлера

А. 1.5 Метод Рунге-Кутта четвертого порядку

А.2 Диференціальне та інтегральне обчислення

А.2.1 Похідні основних функцій

А.2.2 Правила диференціювання

А.2.3 Основні інтеграли

А.З Розв'язання звичайних диференціальних рівнянь

А.3.1 Розділ змінних

А.3.2 Лінійні рівняння першого порядку

А.3.3 Деякі типи рівнянь другого порядку

А.3.4 Лінійні диференціальні рівняння другого порядку

А.3.4.1 Рівняння зі сталими коефіцієнтами

А.3.4.2 Рівняння зі змінними коефіцієнтами

А.4 Лінійна регресія (метод найменших квадратів

А.5 Одиниці вимірювання фізико-хімічних величин

Література