Мета роботи — визначення математичної моделі реактора синтезу метанолу з
урахуванням поверхневого механізму синтезу. Об’єкт дослідження у межах роботи –
реактор синтезу виробництва метанолу ПАТ «Сєвєродонецьке об’єднання АЗОТ»

Озорнін, О.Ю.

Поркуян, О.В.

У монографії розглянуті проблеми побудови та дослідження тривимірних моделей проектованих металорізальних верстатів. Наведено інструментарій створення твердотільних моделей устаткування фрезерно-свердлильно-розточувального типу в середовищі інтегрованої САПР КОМПАС-3D. Розглянуто особливості та ефективні прийоми побудови компонентів верстатних та інструментальних систем з використанням параметризації конструкцій і фотореалістичного уявлення в модулі Artisan Randering. Проведено дослідження шпиндельних вузлів методом кінцевих елементів за допомогою модуля АРМ FEM на базі їх 3D-моделей. Запропоновано нові конструкторські рішення, що відносяться до зубчастих пасових передач шевронного профілю і беззазорних черв'ячних передач у вигляді 3D-моделей
Для провідних конструкторів і фахівців в області тривимірного моделювання та дослідження верстатних систем, науковців, викладачів, аспірантів і студентів

Кроль, О. С.

Krol, O.

eEast-UkrNUIR (Electronic Volodymyr Dahl East Ukrainian National University Institutional Repository)

Секція 1: Технологія органічних речовин та палива 34 МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РЕАКТОРА СИНТЕЗУ МЕТАНОЛУ З УРАХУВАННЯМ ПОВЕРХНЕВОГО МЕХАНІЗМУ СИНТЕЗУ Озорнін О. Ю., інженер кафедри  ТОРПіП Науковий керівник: проф., д. т. н. Поркуян О. В. Технологічний інститут СНУ ім. В. Даля (м. Сєвєродонецьк) Мета роботи — визначення математичної моделі реактора синтезу метанолу з урахуванням поверхневого механізму синтезу. Об’єкт дослідження у межах роботи – реактор синтезу виробництва метанолу ПАТ «Сєвєродонецьке об’єднання АЗОТ». Секція 1: Технологія органічних речовин та палива 35 Початковим етапом визначення математичної моделі хіміко-технологічного процесу є вивчення його механізму та визначення кінетичних закономірностей, які його характеризують [1]. Для визначення математичної моделі процесу синтезу метанолу у межах даної роботи за основу взятий механізм синтезу метанолу [2, 3], який базується на уявленні, що ключовим компонентом у процесі синтезу є моноксид вуглецю СО, який адсорбується на поверхні каталізатору з утворенням позитивно зарядженого хемосорбованого комплексу. Водень, за умов високих тиску та температури, взаємодіючи з поверхнею каталізатору набуває ефективний негативний заряд; при цьому відбувається послаблення внутрішнього зв’язку у адсорбованіймолекулі СО з подальшим впровадженням активованого водню з утворенням проміжних хемосорбованих комплексів та відщепленням утвореної молекули метанолу від поверхні каталізатору. Формування кінетичних рівнянь хіміко-техноологічного процесу також є важливим етапом складання його математичного опису. Ці рівняння повинні адекватно описувати швидкість реакцій при заданих умовах: тиску, температурі, складі реакційної суміші. Вид кінетичних рівнянь математичної моделі залежить від прийнятого за основу механізму перетворення компонентів на поверхні каталізатору. Для прийнятого у межах даної роботи механізму синтезу метанолу вже розроблена певна кількість кінетичних моделей; у якості найбільш підходящої та повної обрана модель [4]. Значення швидкості основних реакцій – цільової реакції синтезу метанолу (СО + 2Н2 = СН3ОН) (1), реакцій гідрогенізації діоксиду вуглецю СО2 (СО2 + Н2 = СО + Н2О; CO2 + 3H2 = СО2 + H2) (2, 3) та побічної реакції утворення диметилового ефіру (4) для даної моделі мають наступний вигляд: (1) (2) (3) (4) де где k* – константа швидкості відповідної реакції, 1/с; K* – константа рівноваги за відповідним компонентом; P* – парціальний тиск відповідного компонента; С* - мольна концентрація відповідного компонента, моль/м3. Авторами роботи [6] були отримані кінетичні параметри для наведеної вище моделі. Було підтверждено, що лімітуючою стадією процесу синтезу метанолу є активація водню у приповерхневому шарі каталізатору. Значення константи швидкості цієї стадії є значно меншим за значення константи швидкості адсорбції СО. Взаємодія поверхневих сполук перебігає значно щвидше, ніж адсорбція газів на поверхні каталізатора. При визначенні моделі допускається припущення, що процес перебігає у кінетичній області. Секція 1: Технологія органічних речовин та палива 36 Таким чином, швидкість процесу визначається швидкістю хімічних реакцій на поверхні каталізатору, які мають математичний вираз згідно з рівняннями (1)–(4). Модель реактора складається з урахуванням того, що у шарі каталізатора реалізується режим ідеального витіснення. Отже, математична модель процесу синтезу метанолу у шарі каталізатору у стаціонарному режимі визначається системою рівнянь матеріального та теплового балансу: (5) (6) де i – порядковий номер компонента; j – порядковий номер реакції; C – мольна концентрація компонента, моль/м3; u – лінійна швидкість, м/с; L – координата реакційної зони; n – загальна кількість реакцій механізму перетворення; ρ – густина реакційної суміші, кг/м3; Cp – питома теплоємність реакційної суміші, Дж/(кг·К); T – температура реакційної суміші, К; Q – тепловий ефект реакції, Дж/моль. У якості моделюючого алгоритму розв’язання диференційних рівнянь моделі пропонується метод Ейлера [5]. Алгоритм дозволяє визначити залежність мольних концентрацій вихідних компонентів та продуктів від координати довжини шару з урахуванням інших параметрів (тиск, температура, об’ємні витрати, діаметр шару каталізатору).  Література 1 Караваев М.М. Технология синтетического метанола. – М.: Химия, 1984. – 240 с. 2 Караваев М.М., Мастеров А.П. Производство метанола. – М.: Химия, 1973. – 160 с. 3 Кравцов А.В., Попок Е.В., Юрьев Е.М. Изучение механизма превращения СО на Zn-Cu-Al-катализаторе с помощью квантово-химических расчетов // Известия Томского политехнического университета. – 2011. – Т. 3, №3. – С. 69–72. 4 Lim H.W., Park M.J., Kang S.H. Modeling of the kinetics for methanol synthesis using Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2 catalyst: inﬂuence of carbon dioxide during hydrogenation // Ind. Eng. Chem. Res. – 2009. – Vol. 23, № 48. – P. 10448–10455. 5 Попок Е. В., Юрьев Е. М., Кравцов А. В. Моделирование промышленного реактора низкотемпературного синтеза метанола // Химические науки. Фундаментальные исследования. – 2012. – №3. – С. 446–451. 6 Graaf G.H., Scholtens H., Stamhuis E.J. Intra-particle diffusion limitations in low-pressure methanol synthesis // Chemical Engineering Science. – 1990. – Vol. 45, № 4. – P. 773–783. 

Методы и процедуры 3D-моделирования металлорежущих станков и инструментов

http://dspace.snu.edu.ua:8080/jspui/bitstream/123456789/439/1/2014_%20tez_part_1_34-36.pdf

Математична модель реактора синтезу метанолу з урахуванням поверхневого механізму синтезу

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eEast-UkrNUIR (Electronic Volodymyr Dahl East Ukrainian National University Institutional Repository)