1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теоретические основы химической технологии
  4. T. 57, № 5, 2023

Теоретические основы химической технологии, 2023, T. 57, № 5, стр. 581-588

Анализ устойчивости химического процесса в проточном реакторе

А. А. Беляев a, *, А. В. Арутюнов a, b, В. С. Арутюнов a

a Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук
Москва, Россия

b Shenzhen MSU-BIT University
518172 Shenzhen, China

* E-mail: belyaevihf@yandex.ru

Поступила в редакцию 30.06.2023
После доработки 11.07.2023
Принята к публикации 23.07.2023

Аннотация

Проведено исследование возможности возникновения колебательных режимов при протекании химического процесса в проточном реакторе с пространственной неоднородностью. Математическая модель динамики реактора учитывает процессы молекулярного и конвективного тепло- и массопереноса. Задача решается в одномерном приближении в условиях протекания одностадийной химической реакции. При условии равенства коэффициентов диффузии и температуропроводности получено аналитическое выражение для критерия устойчивости стационарного режима. Показана последовательность действий при определении критических условий устойчивости системы. Проведен ряд численных экспериментов проверки возникновения колебательных режимов при различных значениях параметров, отвечающих реальным условиям в реакторе.

Ключевые слова: проточный реактор, пространственно распределенная система, сосредоточенная система, устойчивость системы, колебательный режим

Список литературы

  1. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987.

  2. Yarlagadda P.S., Morton L.A., Hunter N.R., Gesser H.D. Temperature oscillations during the high-pressure partial oxidation of methane in a tubular flow reactor // Combustion and Flame. 1990. V. 79. № 2. P. 216.

  3. Arutyunov V. Direct methane to methanol: Foundations and prospects of the process. Amsterdam: Elsevier B.V., 2014.

  4. Вольтер Б.В., Сальников И.Е. Устойчивость режимов работы химических реакторов. М.: Химия, 1981.

  5. Быков В.И., Цыбенова С.Б. Нелинейные модели химической кинетики. М.: КРАССАНД, 2011.

  6. de Joannon M., Sabia P., Tregrossi A., Cavaliere A. Dynamic behavior of methane oxidation in premixed flow reactor // Combust. Sci. and Tech. 2004. V. 176. № 5–6. P. 769.

  7. Arutyunov A.V., Belyaev A.A., Lidskii B.V., Nikitin A.V., Posvyanskii V.S., Arutyunov V.S. Thermokinetic oscillations in the partial oxidation of methane // Russian J. Phys. Chem. В. 2017. V. 11. № 3. P. 403. [Арутюнов А.В., Беляев А.А., Лидский Б.В., Никитин А.В., Посвянский В.С., Арутюнов В.С. Термокинетические колебания при парциальном окислении метана // Химическая физика. 2017. Т. 36. № 6. С. 3.]

  8. Перлмуттер Д. Устойчивость химических реакторов (Перевод с англ.). Л.: Химия, 1976.

  9. Aleksandrova L.Yu., Moshinskii A.I. Description of the operation of a biochemical reactor by a diffusion model // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 3. P. 265. [Александрова Л.Ю., Мошинский А.И. Описание работы биохимического реактора диффузионной моделью // Теор. основы хим. технологии. 2022. Т. 56. № 3. С. 273.]

  10. Воробьев А.Х., Богданов А.В. Кинетика нелинейных химических систем. М.: хим. фак. МГУ им. Ломоносова, 2019.

  11. Bykov V.I., Tsybenova S.B., Slin’ko M.G. The dynamics of a continuous tank of incomplete stirring // The Proc. the Russ. Acad. of Sci. 2001. V. 380. № 5. P. 649 [Быков В.И., Цыбенова С.Б., Слинько М.Г. Динамика проточного реактора неполного перемешивания // Докл. АН. 2001. Т. 380. № 5. С. 649.]

  12. Романовский Ю.М., Васильев В.А., Яхно В.Г. Автоволновые процессы в распределенных кинетических системах // Успехи физ. Наук. 1979. Т. 128. № 4. С. 625.

  13. Холодниок М., Клич А., Кубичек М., Марек М. Методы анализа нелинейных динамических моделей (Перевод с чешского). М.: Мир, 1991.

  14. Арнольд В.И. Дополнительные главы теории обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1978.

  15. Колебания и бегущие волны в химических системах / Под ред. Филда Р., Бургер М. (пер. с англ.). М.: Мир, 1988.

  16. Гельфанд И.М. Лекции по линейной алгебре. М.: Наука, 1971.

  17. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теоретические основы химической технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал