6. Перенос массы и тепла в химических реакторах. Идеальные хр с обменом тепла.

Перенос массы, тепла и импульса (наравне с химической реакцией) как основные слагаемые процесса в ХР. Дополнительные слагаемые, например, освещение, радиация, электромагнитное поле. Общая форма уравнения баланса: P_вх – P_вых + P_хр + P_об = P_нак как основа для составления уравнений различных моделей Индексы _{вх, вых, хр, об, нак}: вход, выход, химическая реакция, обмен, накопление. Базис баланса: цикл, тонна продукта, тонна входного потока, интервал времени. Дедуктивный и индуктивный подходы к построению ММ. Векторы в ММ, например, уравнения материального баланса для сложных химических реакций.

РИВ с учетом теплообмена. Дополнительные предположения. Для замкнутого по передаче массы цилиндрического элемента три ненулевых слагаемых для тепла: Q_хр + Q_об = Q_нак. Модель в форме автономной системы о.д.у. Уравнения вида R=S*W (скорости накопления, стехиометрическая матрица, скорости стадий) плюс уравнение для температуры вида dT/dt=(Qr-kf(T-T_ст))/(*c_T).

РИС с учетом теплообмена. Дополнительные предположения. Баланс по теплоте Q_вх – Q_вых + Q_хр + Q_об = Q_нак. Q_вх – Q_вых = c_T**(T_o-T)/. Модель в форме системы алгебраических уравнений вида (Co-C)/+R=0 числом m плюс уравнение для температуры вида (T_o-T)/+(Q*R+k*F*(T-T_ст))/(c*)=0. Начальный нестационарный режим РИС. Устойчивость стационарных режимов РИС.

Аналогия между РИП и РИВ. Особенности каскада РИС. Современные реакторы с нестационарным режимом.

7. Реальные химические реакторы и их математические модели.

Существенные и несущественные факторы. Слишком простая (неадекватность) и слишком сложная (неприемлемость) модель. Математическая модель реактора как компромисс. Системный подход к ХР и принцип иерархии.

Упрощение ММ: минимум измерений (иначе системы уравнения в частных производных); минимум физических процессов (диффузия по Кнудсену и т.п.); простейшее описание химической кинетики. Обоснование для усложнения модели – критика гипотез.

Каскад реакторов идеального смешения и ячеечная модель. Функция распределения по временам пребывания. Концентрация реагента в зависимости от времени пребывания для РИВ, РИС и каскад РИС. Среднее время пребывания. Секционирование, перегородки. Зависимость селективности сложных реакций от типа ХР.

РИС с байпасом и застойной зоной. Параметры модели , , . Распределение по временам пребывания. Интервал изменения, крайние случаи. Особенности поведения в случае сложных реакций, автокатализа, микробных культур и т.п.

РИВ с частичным смешением.Достоинства РИВ и РИС объединены. Последовательная реакция, в которой промежуточный продукт – целевой при наличии автокатализа.

Реакторы со сложным потоком.Эрлифтный реактор.

8. Применение математических моделей для выбора реактора, оптимизации его конструкционных параметров, условий проведения химической реакции и параметров химического процесса.

Факторы – обобщение условий проведения реакции в ХР. Управляемые и неуправляемые, закономерные и случайные, функции распределения, дискретные и непрерывные. Выбор реактора, конструкционного элемента, его параметров (размеры и т.п.), условий проведения реакции, параметров химического процесса (рецикл, способ разделения и т.п.) как практическое использование ММ. Противоположно действующие факторы – причина экстремального поведения целевых показателей процесса.

Удельная производительность как распространенная целевая функция оптимизации. Примеры.

Использование пакетов программ, программных комплексов и фирменных программ для решения задач подбора, проектирования и оптимизации ХР.