CC BY
22
Список литературы
1. Hengyong Xu, Keying Shi, Yongchen Shang, Yan Zhang, Guolin Xu, Yongde Wei//«A study on the reforming of natural gas with steam, oxygen and carbon dioxide to produce syngas for methanol feedstock»//Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 147 1999 41-46.
2. S. Roy, B.B. Pruden, A.M. Adris, J.R. Grace, C.J. Lim//«Fluidized-bed steam methane reforming with oxygen input»//Chemical Engineering Science 54 (1999).
3. A. K. Avci, D. L. Trimm, Z.Ilsen Onsan//«Heterogeneous reactor modeling for simulation of catalytic oxidation and steam reforming of methane»//Chemical Engineering Science 56 (2001) 641-649;Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 193 (2003) 177-184.
4. R. Craciun, B. Shereck and R.J. Gorte//«Kinetic studies of methane steam reforming on ceria-supported Pd»//Catalysis Letters 51 (1998) 149-153.
5. F. Frusteri, L. Spadaro, F. Arena, A. Chuvilin//«TEM evidence for factors affecting the genesis of carbon species on bare and K-promoted Ni/MgO catalysts during the dry reforming of methane»//Carbon 40 (2002) 1063-1070.
6. Claudia E. Quincoces, Elena I. Basaldella, Susana P. De Vargas, Maria Gloria Gonzalez//«№/y-Al2O3 catalyst from kaolinite for the dry reforming of methane»//Materials Letters 58 (2004) 272- 275.
7. Marta I. Dimitrijewits, Maria M. Guraya, Carlos P. Arciprete, Adolfo C. Luna, Alberto Becerra//«Catalytic behavior Ni/y-Al2O3 microporous catalysts in the methane dry-reforming reaction»//Granular Matter 3, 101-104 c Springer-Verlag 2001.
8. Alberto Becerra, Marta Dimitrijewits, Carlos Arciprete, Adolfo Castro Luna//«Stable Ni/Al2O3 catalysts for methane dry reforming»//Granular Matter 3, 79-81 c_ Springer-Verlag 2001.
9. Jean Marie Cormier and Iulian Rusu//«Syngas production via methane steam reforming with oxygen: plasma reactors versus chemical reactors»//J. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001) 2798-2803.
10. K.Jarosch, T.El Solh, H.I. de Lasa//«Modeling the catalytic steam reforming of methane: discrimination between kinetic expressions using sequentially designed experiments»//Chemical Engineering Science 57 (2002) 3439 - 3451.
11. Д.Химмельблау. Прикладное нелинейное программирование. М: Мир, 1975, 536 с.
УДК 66.097: 62-278: 66.021.3.001.57 С.К. Каибханова, Э.М.Кольцова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРВАПОРАЦИИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
The aim of this work was investigation of chemical reactions proceeding in process of pervaporation. These processes are of great interest for chemical engineering since they enable to remove the equilibrium point to the side of forming the target products. One of the perspective ways of using these reactors is getting hydrogen (for example by means of sulfur-iodine cycle).
Целью данной работы являлось изучение химических превращений, протекающих благодаря процессу первапорации. Данный процесс представляет особый интерес для химической технологии, поскольку позволяют сместить равновесие реакций в сторону образования целевых продуктов. Одним из перспективных направлений использования данных реакторов является получение водорода (например, посредством серно-йодного цикла).
В настоящее время очень остро стоит проблема развития альтернативных источников энергии. Одним из наиболее привлекательных источников является водород. Крупномасштабное электролитическое производство водорода экономически привлекательно только в областях низкой стоимости электроэнергии. Возникает необходи-
мость производить водород из возобновляемого источника, одним из методов является йод-серный цикл.
Технологическая схема для получения водорода, разработанная в Российском химико-технологическом университете представлена на рис.1.
СХЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ L = Hl + ^ + НгО
20 HI + 100 НгО + 7В 12
Пермест
L=HI+l2+H20 20 Hl Ц(1ир)= Н1+1г+НгО Нг
Рис. 1. Схема разделения смеси (Н1/ Н2ОЛ2) с использованием мембранного модуля
Наибольший интерес привлекает стадия разделения смеси (Ш1/Ш2О/12). Здесь предлагается использовать для разделения процесс первапорации._Первапорация - это процесс испарения через мембрану, используемый для разделения трудноразделимых смесей. Испарение через мембрану представляет собой процесс мембранного разделения жидкостей, при котором смесь приводится в контакт с одной стороной селективно проницаемой непористой мембраны, а проникшие через мембрану компоненты (перме-ат) удаляются в виде пара с ее обратной стороны потоком инертного газа или при ва-куумировании и конденсируются.
Для моделирования мембранный модуль был условно разделен на 3 зоны (Рис.2).
Рис. 2. Принципиальная схема мембранного модуля
I зона - зона межтрубчатого пространства (пространство между внутренней стенкой реактора и самой мембраной); II зона - мембранная зона (селективного слоя мембраны); III зона - зона, в которой поток, прошедший через мембрану (пермеат) удаляется из реактора.
При построении математического описания мембранного реактора для всех зон I, II и III использованы дифференциальные уравнения в частных производных (учитывающие как продольную, так и поперечную диффузию компонентов в аппарате).
Ниже приведена математическая модель процесса. Для уравнений приведены необходимые для их решения начальные и граничные условия. Разработанная математическая модель позволяет определить концентрации всех компонентов реакции в любой точке реактора в каждый момент времени.
I зона. Уравнения изменения концентраций компонентов газовой фазы
дСг С г т1
+ V-= - Л
dt
1
dx
ii
ji (n) =
Начальные условия: Граничные условия:
дС
- D *—^ + и * С
_ду_
Ax Г(1 -a)(t - tt )1-a Сг (t = 0, x) = 0
С (t, x = 0) = C(t) II зона. Уравнения изменения концентраций компонентов
(1-1)
(1-2) (1-3)
В мембранном слое
Начальные условия: Граничные условия:
da ^ II ^/^II II
С i +3* дС i = D * д С '
dta ду г ду2
С (t = 0, у) = 0 Сi (t, у = 0) = а С1, (t, x)
(2) (2-1)
дСI1 I1
Dt *-+ -Э * Сi
ду
Г(1 -a)(t - tx )1-aAx
(2-2)
= J
hi
у=1
III зона. Уравнения изменения концентраций компонентов газовой фазы
дС1
+ v
дС1
= Ji
дt дx
jiii (n) = jiii (С — С in ("+1))
Сг (t = 0, x) = 0
(3) (3-1)
(3-2) (3-3)
Начальные условия: Граничные условия:
С. (t, x = 0) = С
Данная модель была рассчитана с помощью программного продукта, разработанного в среде Borland Delphi 7. В результате были получены изменения концентрации йодоводорода для каждой из трех зон в любой точке по времени. Анализируя полученные зависимости, для различных условий проведения процесса, были найдены оптимальные параметры для проведения опыта: температура T = 1250C; скорость переноса вещества принять равной 5,4*10 - 4 м/с; высокий коэффициент диффузии (высокоселективная мембрана) (график зависимости представлен на Рис.3).
Таким образом, в работе можно выделить следующие основные стадии: сбор и анализ литературы; запись математической модели; ее перевод в разностные схемы; реализация математического описания в программе и нахождение оптимальных значений технологических параметров проведения процесса.
Рис. 3. Изменение концентрации йодоводорода по длине реактора в зоне III
Список обозначений.
С° - исходная концентрация газового компонента на входе в реактор, [моль/м3]; СЩ, С"+1 - концентрация /-го компонента газовой фазы в у'-ой точке реактора, [моль/м3]; Б
- коэффициент диффузии ьго компонента газовой фазы, [м2/с]; Б* - коэффициент диффузии /-го компонента газовой фазы в пористой среде, [м /с]; / - номер компонента
реакций; - поток /-го компонента газовой фазы на п-ом шаге по времени, [м2/с]; I - время, [с]; V* - скорость конвективного потока газовой смеси в пористой среде, [м/с]; х - продольная координата реактора, [м]; а - «порозность» структуры мембраны (доля каналов, открытых для протекания), определяется на основе экспериментальных данных, дробный порядок производной, [ед.]; Г(1-а) - гамма-функция, [ед.]; At, Ах -интервал разбиения по времени, [с], длине реактора [м] реактора соответственно; а -параметр, учитывающий скачок концентрации компонентов на границах двух смежных зон, [ед.]; 3 - скорость конвекции газовой смеси, [м/с].
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 07-08-00654-а).
УДК 519.7: 661.716.2.32/.34 (061)
12 1 Р.В. Ермаков , В.А. Плахотник , В.Н. Писаренко
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия. 2Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Москва, Россия.
ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ МЕТАНОЛА И ЭТАНОЛА В ОЛЕФИНЫ С2-С4
The first step conversion of methanol, ethanol and its ethers using a heterogeneous acidic catalysts is reviewed. The most probable reactions bused on thermodynamic parameters of the reactants are presented. The methanol conversion reaction is exothermic for temperature of 700 K. A number of hypothetical mechanisms
