[发明专利]一种动态Gibbs反应器建模方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种动态Gibbs反应器建模方法。

背景技术

Gibbs反应器是一种理论设备，根据反应平衡时系统的Gibbs自由能趋于最小值的原则，计算反应同时达到化学平衡和相平衡时的系统组成及相分布。由于在实际生产过程中，许多重要反应器内进行的反应过程和反应原理都极其复杂，比如在煤气化炉内进行的煤粉气化反应。对于这类反应过程复杂，而且反应机理也不明确的反应，Gibbs反应器可以有效的进行模拟。然而，实际生产过程是一个动态过程，反应器内的温度、压力、组成等均受到进料、出料及操作等因素的影响，稳态模型不足以解决实际生产问题，因此开发一种动态的Gibbs反应器模型显得尤为必要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种动态Gibbs反应器的建模方法，将反应器的进料和出料条件视为非稳定量，创新性的引入能量平衡方程迭代出实际反应器的温度，同时应用Gibbs自由能最小的原则求解在该温度下反应器内部的物料组成。

本发明具体步骤如下所述：

步骤（1），建立从某一个初始时刻t到下一个时刻t+Δt之间的动态建模过程中的物料平衡方程。已知t时刻反应器内各组分的物质的量、进料组分及流量，因此在Gibbs反应器中，先将t时刻反应器内的物料与Δt时间段内的进料物质混合，视为此轮计算的初始反应物。建立物料平衡方程，其模型表达式为：

M_t+Δt＝M_t+Δt×∑F_in

式中，M_t+△t为当前轮次计算初始反应物的量，mol；M_t为反应器内原有物料的量，mol；F_in为进料的摩尔流量，单位为mol/h；Δt为每轮计算所需的时间，h。

那么，对于物料中的每个元素应该也满足原子数守恒，令n_i0为反应前组分i的初始物质的量，mol；B_j表示系统中第j个元素的原子数总和；β_ij表示组分i的分子式中第j个元素的原子数，可得到原子数守恒的模型如下：

BjΣini0βij=Σiniβij,]]>即

Σini0βij-Σiniβij=0]]>

步骤（2），根据能量平衡方程,建立Gibbs反应器内的能量平衡模型，计算在（t+Δt）时间段反应器内物料的总焓值，其表达式如下：

(MH)_total＝M_tH_t+Δt×(∑F_inH_in+Q)