научный журнал по химической технологии, химической промышленности Теоретические основы химической технологии ISSN: 0040-3571

ГОРДЕЕВ Л.С., КОМИССАРОВ Ю.А., ЦЗЯН ЧЖИЦЯН — 2009 г.

Получено аналитическое решение математической модели структуры потока жидкости для системы аэротенк–отстойник с рециклом в виде зависимости среднего времени пребывания в системе и размерной дисперсии от параметров модели – числа Пекле и доли рециркулирующего потока. Предлагается методика определения параметров модели и анализ влияния их на гидродинамику.

АДЕЕНО А.М., АРАБИКЕ Д.С., ОЛАФАДЕХАН О.А. — 2009 г.

Предложена математическая модель процесса гидролиза лактозы с использованием иммобилизованного фермента в трубчатом реакторе. Модель учитывает продольное и радиальное перемешивание реагентов, химическую реакцию и внешнедиффузионное сопротивление переносу массы, но не учитывает внутридиффузионное сопротивление. Проведено упрощение полной модели до модели идеального вытеснения для гидролиза лактозы лактазой в неподвижном слое. Полученные уравнения модели идеального вытеснения решены методом Рунге–Кутта–Гилла с использованием различных видов кинетики процесса гидролиза лактозы. Адекватность модели проверяли по экспериментальным данным, полученным на лабораторной насадочной колонне, в которой бета-галактозидаза Kluyveromyces fragilis была иммобилизована на сферических гранулах хитозана. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными по степени конверсии на выходе из реактора показало, что модель идеального вытеснения, включающая кинетику Михаэлиса–Ментена с ингибированием конкурирующего продукта (галактозы), пригодна для интерпретации экспериментальных данных и моделирования процесса гидролиза лактозы в неподвижном слое, когда сопротивление переносу массы снижается в 34.5 раза.

БАЛДИНА Н.А., ВАСЕКИН Б.В., ГОНЧАРОВ В.А. — 2009 г.

Построена математическая модель процесса выращивания полупроводниковых кристаллов методом Бриджмена. При моделировании известного космического эксперимента исследован характер конвективных течений и их влияние на продольное и поперечное распределение примеси в процессе роста кристалла. В результате численных расчетов показана возможность образования большой поперечной неоднородности распределения примеси, наблюдавшейся в ряде космических экспериментов.

БЛИНИЧЕВ В.Н., МИРОНОВ В.П., МИРОНОВ Е.В. — 2009 г.

На базе фундаментального двухпараметрического уравнения конвективной диффузии с учетом амплитудно-частотных характеристик волновых пакетов разработаны алгоритм и программа расчета движущей силы процесса массопереноса и массовых потоков газовой и жидкой фаз. Составлены алгоритм и программа инженерного расчета процессов физической абсорбции и хемосорбции.

БОЖЕВОЛЬНОВ В.Е., МЕЛИХОВ И.В., СИМОНОВ Е.Ф. — 2009 г.

Знания, накопленные химической технологией, позволяют создать методологию рациональной разработки новых “наукоемких” технологий. Один из вариантов такой методологии предусматривает формулирование принципов и выявление способов исследования, позволяющих сократить путь от появления технологической идеи до ее промышленной реализации. Данный вариант предполагает переход от априорной физико-химической модели явлений, которые привели к технологической идее, к апостериорной модели процессов в промышленных аппаратах, где должны реализоваться эти явления. При таком переходе представляется целесообразным сочетание вычислительного и натурного эксперимента при итерационном расширении интервала условий реализации явлений от лабораторных до промышленных. На продуктивность такого методологического подхода указывает опыт разработки технологии получения лечебного препарата “Остим”.

ИБЯТОВ Р.И., ХОЛПАНОВ Л.П. — 2009 г.

Разработана математическая модель движения многофазной гетерогенной среды по поверхности вращающихся насадок и в гидроциклонах. Учитываются явления расслоения и сгущения среды, а также наличие гидродинамического начального участка течения. Рассмотрено два подхода к решению многофазных гетерогенных сред: континуальный и траекторный. Уравнения сохранения механики гетерогенных сред решены методом поверхностей равных расходов. Приведены результаты численных расчетов течений по внутренней поверхности вращающегося конического ротора и в гидроциклоне.

БАНЗУЛА Ю.Б., КАРЯЗОВ С.В., МИЛЕХИН Ю.М., НОВОШИНЦЕВ А.В., ШРАГЕР Г.Р., ЯКУТЕНОК В.А. — 2009 г.

Проведено моделирование гидродинамического процесса, реализуемого при сливе жидкости из смесителя с одновременным заполнением вертикально установленной пресс-формы. Сформулирована математическая постановка задачи в приближении ползущего течения ньютоновской жидкости. Разработан численный алгоритм решения задачи в плоской постановке на основе метода граничных элементов. Проведены параметрические исследования процесса, включающего этапы опорожнения емкости, формирования струи, растекания жидкости по горизонтальной плоскости и заполнения после касания боковых стенок фронтом свободной поверхности.

ИВАНОВ А.О., ПЕРМИКИН Д.В. — 2009 г.

Рассматривается задача создания и поддержания вакуума внутри герметично запаянной микрокамеры с помощью газопоглощающих (геттерных) материалов. Вакуум поддерживается длительное время на постоянном уровне за счет сорбции газов, в результате чего на поверхности геттерной пластины образуется тонкий слой продукта реакции. В работе проведено теоретическое описание работы геттера, предложен метод поиска приближенного аналитического решения, с помощью которого можно оценивать величину давления в камере, время квазистационарного режима, что является важным результатом для инженерных расчетов.

ПОЛЯНИН А.Д. — 2009 г.

Рассмотрено несколько классов точных решений двумерных и трехмерных нестационарных уравнений Навье–Стокса. Приведены полезные формулы, позволяющие строить точные решения одного из определяющих уравнений с помощью решений других уравнений. Исследованы вопросы о нелинейной устойчивости/неустойчивости полученных решений. Обнаружено, что характерной чертой многих решений уравнений Навье–Стокса является неустойчивость. Для доказательства неустойчивости решений в статье применен новый точный метод (не использующий никаких допущений и приближений), который может быть полезен для анализа других нелинейных физических моделей и явлений. Показано, что неустойчивость может иметь место не только при достаточно больших, но и при произвольно малых числах Рейнольдса (и может не зависеть от профиля скорости жидкости).

КУЛОВ Н.Н., ПАВЛОВ О.С., ПАВЛОВ С.Ю. — 2009 г.

В статье обсуждается технологическое оформление реакционно-ректификационных процессов (каталитической ректификации) с применением затопленных жидкостью катализаторных зон с прямоточно-перекрестным движением жидкости, в каждую из которых с нижележащей зоны пропускают лишь часть парового потока. Это позволяет кратно уменьшить сечение катализаторных зон и полностью исключить местные перегревы в них.

ПИСАРЕНКО Ю.А., СЕРАФИМОВ Л.А., УСОЛЬЦЕВА О.О. — 2009 г.

Рассмотрены многообразия, имеющие размерность, равную единице, в диаграммах трехкомпонентных двухфазных неидеальных системах с идеальной паровой фазой, вдоль которых соответствующая этим многообразиям смесь ведет себя как идеальная в жидкой фазе.

ДЕСЯТОВ А.В., МОШКИН В.И. — 2009 г.

ЗИЯТДИНОВ Н.Н., ЛАПТЕВА Т.В., ОСТРОВСКИЙ Г.М., ПЕРВУХИН Д.Д. — 2009 г.

Проектирование химических процессов чаще всего проводится с использованием неточных математических моделей. Вследствие этого задача оптимизации химических процессов в условиях неопределенности становится актуальной задачей химической технологии. Необходимо спроектировать процесс так, чтобы он удовлетворял всем требованиям проектировщика, независимо от изменения внешних и внутренних факторов. В статье рассматривается одноэтапная задача оптимизации с мягкими ограничениями. Более того, мягкие ограничения должны выполняться с некоторой известной вероятностью. Необходимо отметить, что при решении одноэтапной задачи оптимизации необходимо вычислять многомерные интегралы для математического ожидания целевой функции и вероятностных ограничений. В статье рассматривается подход к решению одноэтапной задачи оптимизации, основывающейся на преобразовании вероятностных ограничений в детерминированные. Эффективность подхода проиллюстрирована вычислительным экспериментом.

АСНИН Л.Д., КАЧМАРСКИ К., ФЕДОРОВ А.А., ЧЕКРЫШКИН Ю.С. — 2009 г.

Рассмотрено применение смешанно-диффузионной модели для расчета динамики адсорбции паров летучих органических соединений в неподвижном слое пористого адсорбента. В качестве примера использована система хлорбензол–V2O5/Al2O3. Показано, что упрощенный вариант смешанно-диффузионной модели, в котором пренебрегают влиянием продольной дисперсии и предполагают установление равновесия на внешней границе зерна, дает искаженное представление о реальной динамике процесса. Полная смешанно-диффузионная модель адекватно отражает влияние вкладов продольной дисперсии, внешнего и внутреннего массопереноса в размывание сорбционного фронта, но и в этом случае наблюдаются отклонения от допущений модели, выражающиеся в концентрационной зависимости кажущегося коэффициента внутренней диффузии. Существенным достоинством модели является то, что, используя единственный подгоночный параметр, она позволяет с удовлетворительной точностью аппроксимировать опытные данные.

ГАРТМАН Т.Н., НОВИКОВА Д.К., СОВЕТИН Ф.С. — 2009 г.

Предлагается стратегия разработки компьютерных моделей процессов химических превращений в реакторах, ориентированная на применение моделирующих программ и моделирование многостадийных химико-технологических процессов с большим числом единиц оборудования, включающих реакторные узлы. Представленная стратегия позволяет на основе обработки экспериментальных данных моделировать гомо- и гетерогенные процессы в реакторах любой сложности. С использованием программы CHEMCAD проведено моделирование реакторных процессов в многостадийных производствах получения метанола и синтетического жидкого топлива из природного газа для следующих стадий: получение синтез-газа парокислородной конверсией, синтез метанола, синтез углеводородов по реакции Фишера–Тропша, гидрокрекинг тяжелых углеводородов.

КУЛОВ Н.Н., ПИСАРЕНКО Ю.А., СЕРАФИМОВ Л.А. — 2009 г.

Сформулированы задачи анализа статики реакционно-ректификационных процессов с несколькими химическими реакциями. Установлены ограничения, определяющие модели реакционно-ректификационного процесса, используемые в анализе статики. Предложены правила, определяющие порядок построения пробных траекторий реакционно-ректификационного процесса с несколькими химическими реакциями и оценку возможности практической реализации прогнозируемых стационарных состояний. Разработан алгоритм, отражающий последовательность проведения анализа статики реакционно-ректификационных процессов.

РУБЦОВ Н.М., СЕПЛЯРСКИЙ Б.С., ЦВЕТКОВ Г.И., ЧЕРНЫШ В.И. — 2009 г.

С помощью ингибирующей добавки изобутилена (изо-С4Н8) и легирующей добавки гексакарбонила хрома (Cr(CO)6) осуществлено получение легированных ультрадисперсных частиц диоксида кремния с узким распределением по размерам в реакции стимулированного высокочастотным разрядом окисления дихлорсилана (SiН2Cl2) при низком давлении. Установлено, что закономерности образования и морфология ультрадисперсных частиц определяются параметрами высокочастотного разряда и химическим механизмом реакции горения, в которой возникает аэрозоль. Установлена возможность получения углеродных нитевидных субмикронных структур при распаде изобутилена в условиях искрового разряда в присутствии металлического катализатора (Мо).

ПОЛЯКОВ Ю.С. — 2009 г.

Теоретически исследованы зависимости проницаемости и селективности ультра- и микрофильтрационных мембран с порами одинакового радиуса в ходе процесса их постепенного закупоривания от трансмембранного давления, начального радиуса пор и их длины, концентрации взвешенного вещества во входном растворе и захватывающей способности стенок пор. Исследование проведено с помощью ранее разработанной объемно-фильтрационной модели, учитывающей неравномерность захвата частиц по глубине поры. Показано, что рассмотренные параметры процесса постепенного закупоривания оказывают существенное влияние на изменение проницаемости и селективности мембраны со временем. Предложены простые аналитические формулы для оценки проницаемости и селективности мембраны, а также времени достижения диаметра “отсечки” (момента перехода к фильтрованию с образованием осадка на поверхности мембраны), позволяющие использовать экспериментальную кривую селективности мембраны для оценки значений фильтрационного коэффициента (захватывающей способности стенок пор мембраны) и диаметра “отсечки”. Продемонстрировано, что применение классической модели постепенного закупоривания Хермии при описании экспериментальных данных по проницаемости мембран может приводить к большим ошибкам, вызванным ее допущением о равномерной толщине профиля слоя частиц, захваченных внутри поры.

АЛЕКСАНДРИНА А.Ю., ГЕРМАШЕВ И.В., ДЕРБИШЕР В.Е., ДЕРБИШЕР Е.В. — 2009 г.

Разработана процедура оценки класса опасности химических структур с использованием искусственных нейронных сетей. Строение нейронной сети основано на структурном анализе химических соединений. Обучение и апробация проведены в рамках компьютерной базы данных химических веществ.

НИКОЛАЕВ В.М., ШМЕЛЕВ В.М. — 2009 г.

Предложен способ и развита теория бескаталитического парциального окисления метана в химическом реакторе сжатия с регенерацией тепла. Рассмотрен реактор на основе двигателя внутреннего сгорания с тепловым регенератором, размещенным в тракте объединенного выходного и впускного коллектора, через который попеременно проходят продукты реакции и исходные реагенты. Расчеты показали, что данный способ позволяет реализовать бескаталитическую конверсию метана в метано-воздушных смесях с содержанием углеводорода до 24% при степенях сжатия в диапазоне 14–30 и максимальном давлении процесса, не превосходящем 10 МПа. Найден состав продуктов реакции в области существования регенеративного цикла в зависимости от исходного состава смеси, степени сжатия и количества оборотов коленчатого вала. Показано, что степень конверсии метана может достигать свыше 97% и при этом вырабатывается полезная энергия.