一種動態(tài)Gibbs反應器建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動態(tài)Gibbs反應器的建模方法。本發(fā)明方法首先根據(jù)反應前后的物料方程和能量守恒方程，計算反應器內(nèi)物料的總焓值，再假定反應后的溫度T，采用反應平衡時Gibbs自由能趨于最小的原則，應用拉格朗日牛頓法計算溫度T時反應器內(nèi)部的物料組成，進而計算反應后Gibbs反應器內(nèi)物料的總焓值。然后，根據(jù)能量守恒的原則判斷假定的溫度T是否合理，如果合理，則輸出計算結果，否則重新循環(huán)。本發(fā)明方法創(chuàng)新性的引入能量平衡方程迭代出實際反應器的溫度，同時應用Gibbs自由能最小的原則求解在該溫度下，反應器內(nèi)部的物料組成，提供了一種更接近于實際生產(chǎn)的動態(tài)Gibbs反應器的建模方法。
【專利說明】一種動態(tài)Gibbs反應器建模方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化工【技術領域】,涉及一種動態(tài)Gibbs反應器建模方法。
【背景技術】
[0002]Gibbs反應器是一種理論設備，根據(jù)反應平衡時系統(tǒng)的Gibbs自由能趨于最小值的原則，計算反應同時達到化學平衡和相平衡時的系統(tǒng)組成及相分布。由于在實際生產(chǎn)過程中，許多重要反應器內(nèi)進行的反應過程和反應原理都極其復雜，比如在煤氣化爐內(nèi)進行的煤粉氣化反應。對于這類反應過程復雜，而且反應機理也不明確的反應，Gibbs反應器可以有效的進行模擬。然而，實際生產(chǎn)過程是一個動態(tài)過程，反應器內(nèi)的溫度、壓力、組成等均受到進料、出料及操作等因素的影響，穩(wěn)態(tài)模型不足以解決實際生產(chǎn)問題，因此開發(fā)一種動態(tài)的Gibbs反應器模型顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種動態(tài)Gibbs反應器的建模方法，將反應器的進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際反應器的溫度，同時應用Gibbs自由能最小的原則求解在該溫度下反應器內(nèi)部的物料組成。
[0004]本發(fā)明具體步驟如下所述:
[0005]步驟(I )，建立從某一個初始時刻t到下一個時刻t+ Λ t之間的動態(tài)建模過程中的物料平衡方程。已知t時刻反應器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量、進料組分及流量，因此在Gibbs反應器中，先將t時刻反應器內(nèi)的物料與△ t時間段內(nèi)的進料物質(zhì)混合，視為此輪計算的初始反應物。建立物料平衡方程，其模型表達式為:
[0006]Μ?+Δ? = Mt+ Δ t X Σ Fin
[0007]式中，Mt+At為當前輪次計算初始反應物的量，mol ；Mt為反應器內(nèi)原有物料的量，mol ;Fin為進料的摩爾流量,單位為mol/h ; Δ t為每輪計算所需的時間，h。
[0008]那么，對于物料中的每個元素應該也滿足原子數(shù)守恒，令ni(l為反應前組分i的初始物質(zhì)的量，mol ；Bj表示系統(tǒng)中第j個元素的原子數(shù)總和；β 表示組分i的分子式中第j個元素的原子數(shù)，可得到原子數(shù)守恒的模型如下:
【權利要求】
1.一種動態(tài)Gibbs反應器建模方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟(I )，建立從某一個初始時刻t到下一個時刻t+ Λ t之間的動態(tài)建模過程中的物料平衡方程，具體是: 已知t時刻反應器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量、進料組分及流量，在Gibbs反應器中，先將t時刻反應器內(nèi)的物料與At時間段內(nèi)的進料物質(zhì)混合，視為此輪計算的初始反應物；建立物料平衡方程，其模型表達式為:

【文檔編號】G06F19/00GK103678904SQ201310658891
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權日:2013年12月6日
【發(fā)明者】葛文鋒, 魏江, 葛銘, 鄭松 申請人:杭州電子科技大學