МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВА ХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
Аннотация
В статье изложена разработка формализованной математической модели для количественной и качественной оценки термодинамического совершенства газового химического реактора. Реактор рассматривался как система энерготехнологическая, то есть в единстве преобразования вещества и энергии. Математическое моделирование и оценка термодинамического совершенства химического реактора обобщены на класс известных химически активных газовых систем, характерных для синтеза аммиака, окисления диоксида серы, синтеза метанола, окисления оксида азота и др. В качестве определяющих параметров при моделировании и оценке термодинамического совершенства химического реактора приняты равновесная степень превращения вещества и эксергия. Эти параметры являются функциями температуры и отражают противоборствующие тенденции процесса при ее изменении, оценка которых позволяет количественно определять нахождение максимума эксергии в координатах (Е-Т) при обосновании оптимальных температур проведения процесса. Апробация модели проведена на конкретном примере реактора окисления диоксида серы в производстве серной кислоты. Для компьютерного моделирования использовалась общедоступная среда программирования Octave. Разработанную математическую модель рекомендуется использовать при оперативной подготовке и оптимизации исходных данных на проектирование газовых реакторов. Математическая модель может быть дополнена разработанной авторами ранее математической моделью для количественной оценки текущего профиля степеней превращения целевого компонента химически активной реакционной газовой смеси по ходу ее движения в политропическом трубчатом реакторе типа «труба в трубе». После апробации и настройки модели на практике ее можно использовать в автоматизированной системе управления химическими реакторами, и в том числе при создании адаптивных систем управления.
Для цитирования:
Андреев А.С., Аксенчик К.В. Математическое моделирование и оценка термодинамического совершенства химического реактора. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 114-120. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6964.
Литература
Zhang F., Zhu L., Rao D. The evaluation of a methane autothermal chemical looping reforming experiment based on exergy analysis. RSC Adv. 2019. V. 9. P. 22032-22044. DOI: 10.1039/c9ra03315g.
Durán F.J., Dorado F., Sanchez-Silva L. Exergetic and Economic Improvement for a Steam Methane-Reforming Industrial Plant: Simulation Tool. Energies. 2020. V. 13(15). 3807. DOI:10.3390/en13153807.
Farzin S., Salehi G. Analyzing and Comparing Energy and Exergy of POXR and SMR Reactors for Producing Hydrogen from Methane Gas. Gas Proc. J. 2017. V. 5. N 1. P. 24-33. DOI: 10.22108/gpj.2017.78140.
Khan M.N., Shamim T. Energy and Exergy Analysis of a Power Plant Based on a Three Reactor Chemical Looping Reforming System. Int. J. Therm. Environ. Eng. 2016. V. 11. N 2. P. 125-130. DOI: 10.5383/ijtee.11.02.007.
Rusin V.N., Tarchigina N.F. Fixed nitrogen technology. M.: Izd. MGOU. 2009. 199 p. (in Russian).
Vorobiev N.I. Fixed nitrogen and nitrogen fertilizers technology. Minsk: BGTU. 2011. 216 p. (in Russian).
Akhmetov T.G., Akhmetova R.T., Gaisin L.G., Akhmetova L.T. Chemical technology of inorganic sub-stances. Book. 1. S-Pb.: Lan'. 2017. 688 p. (in Russian).
Aksenchik K.V. Chemical technology of inorganic substances. Cherepovets: CGU. 2018. 141 p. (in Russian).
Aksenchik K.V. Sulfuric acid technology. Cherepovets: Cherepovets gos. Univ. 2017. 209 p. (in Russian).
General chemical technology. Part 1: Theoretical foundations of chemical technology. Ed. by I.P. Mukhlenov. M.: ID "Al'yans ". 2009. 254 p. (in Russian).
Ilyin A.P., Kunin A.V. Nitric acid production. S-Pb.: Lan'. 2013. 256 p. (in Russian).
Kirillin V.A., Sheindlin A.E., Sychev V.V. Technical thermodynamics. M.: MEI, 2016. 496 p. (in Russian).
Hamburg Yu.D. Chemical thermodynamics. M. : Laboratoriya znanij. 2016. 240 p. (in Russian).
Loginova A.Yu. Fundamentals of chemical thermodynamics. M.: MGTU im. N. E. Bauman. 2012. 88 p. (in Russian).
Zuev A.Yu., Tsvetkov D.S. Chemical thermodynamics. Yekaterinburg: Izd. UrFU. 2020. 183 p. (in Russian).
A brief reference of physico-chemical quantities. Ed. by A.A. Ravdelya and A.M. Ponomarevoj. SPb.: Ivan Fedo-rov. 2003. 240 p. (in Russian).
Brodyansky V.M. Exergetic method of thermodynamic analysis. M.: Energiya. 1973. 296 p. (in Russian).
Chechetkin A.V., Zanemonets N.A. Heat engineering. M.: Vyssh. shk. 1976. 344 p. (in Russian).
Trubaev P.A. Thermodynamic and exergetic analysis in heat technology. M.: Infra-Inzheneriya. 2019. 229 p. (in Russian).
Alekseev E.R., Chesnokova O.V. Introduction to Octave for Engineers and mathematicians. M.: ALT Linux. 2012. 368 p. (in Russian).
Andreev A.S., Aksenchik K.V. Computer modeling and evaluation of the possibility of controlling the catalytic process in the polytropic mode of operation of a tubular reactor. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 2. P. 120-127 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6727.
