[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)Gibbs反應(yīng)器建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310658891.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN103678904B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛文鋒;魏江;葛銘;鄭松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種動(dòng)態(tài)Gibbs反應(yīng)器建模方法。

背景技術(shù)

Gibbs反應(yīng)器是一種理論設(shè)備，根據(jù)反應(yīng)平衡時(shí)系統(tǒng)的Gibbs自由能趨于最小值的原則，計(jì)算反應(yīng)同時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡和相平衡時(shí)的系統(tǒng)組成及相分布。由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中，許多重要反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)過程和反應(yīng)原理都極其復(fù)雜，比如在煤氣化爐內(nèi)進(jìn)行的煤粉氣化反應(yīng)。對(duì)于這類反應(yīng)過程復(fù)雜，而且反應(yīng)機(jī)理也不明確的反應(yīng)，Gibbs反應(yīng)器可以有效的進(jìn)行模擬。然而，實(shí)際生產(chǎn)過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，反應(yīng)器內(nèi)的溫度、壓力、組成等均受到進(jìn)料、出料及操作等因素的影響，穩(wěn)態(tài)模型不足以解決實(shí)際生產(chǎn)問題，因此開發(fā)一種動(dòng)態(tài)的Gibbs反應(yīng)器模型顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種動(dòng)態(tài)Gibbs反應(yīng)器的建模方法，將反應(yīng)器的進(jìn)料和出料條件視為非穩(wěn)定量，創(chuàng)新性的引入能量平衡方程迭代出實(shí)際反應(yīng)器的溫度，同時(shí)應(yīng)用Gibbs自由能最小的原則求解在該溫度下反應(yīng)器內(nèi)部的物料組成。

本發(fā)明具體步驟如下所述：

步驟（1），建立從某一個(gè)初始時(shí)刻t到下一個(gè)時(shí)刻t+Δt之間的動(dòng)態(tài)建模過程中的物料平衡方程。已知t時(shí)刻反應(yīng)器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量、進(jìn)料組分及流量，因此在Gibbs反應(yīng)器中，先將t時(shí)刻反應(yīng)器內(nèi)的物料與Δt時(shí)間段內(nèi)的進(jìn)料物質(zhì)混合，視為此輪計(jì)算的初始反應(yīng)物。建立物料平衡方程，其模型表達(dá)式為：

M_t+Δt＝M_t+Δt×∑F_in

式中，M_t+△t為當(dāng)前輪次計(jì)算初始反應(yīng)物的量，mol；M_t為反應(yīng)器內(nèi)原有物料的量，mol；F_in為進(jìn)料的摩爾流量，單位為mol/h；Δt為每輪計(jì)算所需的時(shí)間，h。

那么，對(duì)于物料中的每個(gè)元素應(yīng)該也滿足原子數(shù)守恒，令n_i0為反應(yīng)前組分i的初始物質(zhì)的量，mol；B_j表示系統(tǒng)中第j個(gè)元素的原子數(shù)總和；β_ij表示組分i的分子式中第j個(gè)元素的原子數(shù)，可得到原子數(shù)守恒的模型如下：

BjΣini0βij=Σiniβij,]]>即

Σini0βij-Σiniβij=0]]>

步驟（2），根據(jù)能量平衡方程,建立Gibbs反應(yīng)器內(nèi)的能量平衡模型，計(jì)算在（t+Δt）時(shí)間段反應(yīng)器內(nèi)物料的總焓值，其表達(dá)式如下：

(MH)_total＝M_tH_t+Δt×(∑F_inH_in+Q)