Новое в теории химической технологии и технологических расчетах химических реакторов

Константин Владимирович Ефанов (2024)

Краткая монография по моделям химических реакторов и расчету процессов в реальных химических реакторах. Записано замечание по выводу уравнения реактора идеального вытеснения, установлена общая физическая модель для идеальных реакторов, рассмотрена модель, объединяющая ячеечную и диффузионную модели.

Введение

В общем виде процесс в химической технологии состоит из четырех процессов: гидромеханического, теплообменного, массообменного и химического.

В прежние времена не было программ расчета методом конечных элементов, широко применялись уравнения с критериями подобия. Расчет химического процесса рассматривался изолировано от физических, применялись модели на основе идеальных реакторов с учетом отклонений от идеальности.

Сейчас ситуация сильно изменилась, существуют программные средства, позволяющие выполнить полный расчет цифрового двойника реального реактора. Сначала рассчитываются физические процессы методом конечных элементов, затем реакционное пространство делится на зоны, и каждая зона рассчитывается по модели идеальных реакторов, то есть строится сетка из идеальных реакторов. Такой подход позволяет объединить идеи из диффузионной и ячеечной моделей, то есть учесть гидродинамику и рассчитать пространство по зонам. По-видимому, это очередное развитие в расчете химических процессов. Например, в программе ANSYS в Fluent рассчитывается гидродинамика, в Chemkin химический процесс. По-видимому такой подход может быть рассмотрен как развитие теории расчета химический реакторов (инженерной химии или основ химической технологии), разработанной в советское время, когда таких компьютерных программ не было и для упрощения использовались теория подобия и модели реакторов, изучаемые в химической технологии.

В настоящей работе материал изложен в последовательности:

— рассмотрение вывода уравнения идеального реактора

— сравнительный анализ и совместное прочтение моделей идеальных реакторов смешения и вытеснения с обоснованием общей физической модели для всех реакторов,

— анализ ячеечной и диффузионной моделей реакторов с учетом отклонений от идеальности

— краткий анализ расчета гидродинамики по критериальным уравнениям

— анализ применения сетки из эквивалентных реакторов и совместного расчета гидромеханического и химического процессов

ПОСВЯЩЕНИЕ

БОГУ ТВОРЦУ ТРОИЦЕ!

(в советской литературе была традиция в начале текста писать про задачи на таком-то съезде, я пишу посвящение, но Богу, а не съезду)

Благодарность

моей матери, работавшей в химическом машиностроении.