Математичне моделювання дифузійного масопереносу в каталітичних середовищах частинок мікропористої структури

Abstract

Дисертаційна робота присвячена питанню математичного моделювання технологічних процесів масопереносу в пористих каталітичних та дисперсних середовищах частинок мікропористої структури і зокрема дослідженню особливостей внутрішньочастинкового масопереносу та взаємовпливів на загальну кінетику процесів, виявлення механізмів їх інтенсифікації та підвищення ефективності. В роботі здійснено адаптацію моделі типу дифузійного переносу в середовищах мікропористих частинок для опису технологічних процесів дифузії та адсорбції парів бензолу та гексану в мікропористих цеолітних каталізаторах; розроблено на базі різницевої схеми Кранка-Ніколсона, алгоритми числової побудови розв’язків крайових задач дифузійного масопереносу з врахуванням мікропористої структури середовища; виконано комп’ютерне моделювання та проведено аналіз кінетичних профілів розподілів концентрацій і тисків для міжчастинкового простору та частинок середовища в широкому діапазоні змін конструктивних та режимних параметрів; із використанням результатів ідентифікації градієнтними методами параметрів масопереносу в нанопористих системах виконана перевірка досліджуваних моделей на адекватність за даними натурних експериментів адсорбції парів бензолу та гексану в цеолітних каталізаторах та фільтраційного віджиму оліємістких матеріалів.

Диссертация посвящена вопросу математического моделирования технологических процессов массопереноса в пористых каталитических и дисперсных средах частиц микропористой разностной схемы Кранка-Николсона и осуществлена процедура моделирования распределений концентраций адсорбционного массопереноса в каталитической среде и их сравнительный анализ по аналитическим и численным решениями линейной и нелинейной моделей. Для процесса двокомпонентного адсорбционного массопереноса в однородной и неоднородной каталитической среде, разработан алгоритм построения численного решения с использованием схемы Кранка-Николсона и выполнено компьютерное моделирование распределений концентраций и сделан анализ взаимовлияние компонентов в процессе адсорбции. Для процессов фильтрационного оттиска в среде влагонасищеных частиц плоской и сферической формы разработаны алгоритмы построения аналитического и численного решения с использованием разностной схемы Кранка-Николсона и осуществлена процедура комп’ютерного моделирования и анализа распределений концентраций для однородной и неоднородной сред влагонасыщенных частиц, проведен их сравнительный анализ с концентрационными профилями для двухуровневого массопереноса в однородной среде.структуры и в частности исследованию особенностей внутришньочастичного массопереноса и их взаимовлияния на общую кинетику процессов, выявления механизмов их интенсификации и повышения эффективности. Диссертация посвящена вопросу математического моделирования технологических процессов массопереноса в пористых каталитических и дисперсных средах частиц микропористой структуры и в частности исследованию особенностей внутришньочастичного массопереноса и их взаимовлияния на общую кинетику процессов, выявления механизмов их интенсификации и повышения эффективности. В работе осуществлена адаптация моделей типа диффузионного переноса в средах микропористых частиц для описания технологических процессов диффузии и адсорбции паров бензола и гексана в микропористых цеолитных катализаторах; разработаны на базе разностной схемы Кранка-Николсона алгоритмы числового построения решений краевых задач диффузионного массопереноса с учетом микропористой структуры среды. Для учета особенностей массопереноса в каталитических и дисперсных средах частиц микропористой структуры, используется математическая модель, состоящая из системы двух уравнений, первое из которых описывает массоперенос в междучастичном пространстве и содержит в правой части функцию влияния процесса диффузии в порах частиц среды, а второе описывает внутричастичний массоперенос, и связанно с междучастичним условием равновесия на поверхности частиц. Для процесса однокомпонентного адсорбционного массопереноса в однородной и неоднородной среде частиц микропористой структуры разработаны алгоритмы построения их численного решения с использованием разностной схемы Кранка-Николсона и осуществлена процедура моделирования распределений концентраций адсорбционного массопереноса в каталитической среде и их сравнительный анализ по аналитическим и численным решениями линейной и нелинейной моделей. Для процесса двокомпонентного адсорбционного массопереноса в однородной и неоднородной каталитической среде, разработан алгоритм построения численного решения с использованием схемы Кранка-Николсона и выполнено компьютерное моделирование распределений концентраций и сделан анализ взаимовлияние компонентов в процессе адсорбции. Для процессов фильтрационного оттиска в среде влагонасищеных частиц плоской и сферической формы разработаны алгоритмы построения аналитического и численного решения с использованием разностной схемы Кранка-Николсона и осуществлена процедура комп’ютерного моделирования и анализа распределений концентраций для однородной и неоднородной сред влагонасыщенных частиц, проведен их сравнительный анализ с концентрационными профилями для двухуровневого массопереноса в однородной среде.

The thesis is devoted to mathematical modeling of masstransfer processes in porous catalytic and dispersed medium with particles of microporous structure and accentuated on study of intra-particles masstransfer and interference on the overall kinetics of processes, identifying the mechanisms of their intensification and efficiency increase. Adaptation of model of diffusion masstransfer in medium of microporous particles type for describing of diffusion and adsorption processes of vapors benzene and hexane in microporous zeolite catalysts has been done;on the basis of difference Crank-Nicholson scheme, numerical algorithms for constructing solutions of boundary value problems of diffusion masstransfer with taking into account microporous structure of medium has been developed; computer simulation and analysis of kinetic profiles of pressure and concentration distributions for inter-particle spaces and particles of medium has been obtained for a wide range of construction’s parameters and operating conditions;using identification results of masstransfer parameters, the models adequacy checks with use of experiments of adsorption of vapors of benzene and hexane in zeolite catalysts and filtration streak of oil materials has been performed.