navigáció

a reakciókinetika modellezése

a folyamat optimalizálása a vegyiparban megköveteli a vizsgált reakciórendszer pontos ismeretét, amely egy vagy több reakciólépésből állhat. Az ilyen ismeretek lehetővé teszik a gazdaság, a biztonság, a hatékonyság stb. Ezért a kémiai reaktor mint a folyamat központi elemének tervezése és optimalizálása különösen érdekes. A reaktor tervezése általában egyensúlyi egyenleteken alapul, amelyek termodinamikai és kinetikai modelleket tartalmaznak. A kinetikus modell az egyes reakciólépések reakciójának matematikai leírását jelenti a rendszer komponenseinek függvényében.

először is, a kinetikus modell kifejlesztéséhez ideális laboratóriumi méretű reaktorban kell méréseket végezni. Annak érdekében, hogy a kísérletek teljes száma ésszerű legyen, és a kísérletek jól illeszkedjenek a vizsgált rendszer érzékenységéhez, a méréseket statisztikai módszerekkel szervezik a “kísérletek tervezése” (DoE). Az összegyűjtött adatokat alapul véve a kinetikus modellezéshez megfelelő kinetikai megközelítéseket választanak ki, amelyek mechanisztikus feltételezésekre támaszkodnak (különböző részletességű), minőségileg hasonló adatpontokkal. Az állapotváltozók mellett (pl., koncentráció vagy hőmérséklet) a kinetikai megközelítések illeszkedő paramétereket tartalmaznak, amelyek változtathatók, hogy a matematikai megközelítés eredményét a mért értékekhez igazítsák (pl. aktiválási energia, pre-exponenciális tényező). Annak érdekében, hogy az egyes reakciólépésekhez a legmegfelelőbb és legmegbízhatóbb kinetikai megközelítést lehessen meghatározni, az illesztési eredményeket statisztikai analízissel (konfidencia intervallumok, korrelációs együtthatók, maradványok stb.). Ennek megfelelően a kinetikus modellezés végeredménye egy teljesen paraméterezett modell, amely leírja a reakcióhálózat minden reakciólépését. A kémiai Reakciómérnöki Intézet lehetőséget nyújt kinetikus mérések és kinetikus modellezés elvégzésére. Ehhez több folyamatos és szakaszos laboratóriumi méretű reaktor áll rendelkezésre, amelyek lehetővé teszik a különböző paraméterek változtatását, és amelyek beállítása testreszabható a különböző követelményekhez. A kinetikus modellezéshez a legkorszerűbb szoftvereszközöket (pl. Presto Kinetics, Aspen Custom Modeler, Comsol Multiphyics) használják.

Fig. 1: kinetikus modellezés a kémiai reaktor tervezésének részeként.

példa:

az A reagens két B és C köztes terméken keresztül reagál a D végtermékre. a lehetséges reakcióhálózatok a következőképpen nézhetnek ki:

Fig. 2: lineáris reakcióhálózat (balra), elágazó reakcióhálózat (jobbra)

a 2. ábra elágazó példájához a kinetikus modellt tartalmazó differenciálegyenletek halmaza a következő módon írható:

Fig. 3: kinetikus modell

amint azt korábban leírtuk, minden reakciólépéshez megfelelő kinetikai megközelítést kell meghatározni. A hatalmi jogi megközelítések jól ismertek és egyszerűek. A reakció menetét hőmérsékletfüggő k(T) sebességállandóval, illetve az összetevők koncentrációjával vagy parciális nyomásával jellemzik. Számos kinetikus megközelítés áll rendelkezésre, amelyek közül a leggyakoribbakat a 4.ábra mutatja be.

Fig. 4: példák a kinetikus kifejezésre

jellemzően a K(T) sebességi állandót az Arrhenius kifejezés segítségével számítjuk ki:

itt az EA és a k0 az aktiválási energiát és a reakció frekvenciatényezőjét jelöli.

alapok és együttműködések

kiválósági klaszter ” korszerű anyagok tervezése “(EAM)

ipari partnerek

legfrissebb publikációk