一种动态Gibbs反应器建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种动态Gibbs反应器的建模方法。本发明方法首先根据反应前后的物料方程和能量守恒方程，计算反应器内物料的总焓值，再假定反应后的温度T，采用反应平衡时Gibbs自由能趋于最小的原则，应用拉格朗日牛顿法计算温度T时反应器内部的物料组成，进而计算反应后Gibbs反应器内物料的总焓值。然后，根据能量守恒的原则判断假定的温度T是否合理，如果合理，则输出计算结果，否则重新循环。本发明方法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，提供了一种更接近于实际生产的动态Gibbs反应器的建模方法。
【专利说明】一种动态Gibbs反应器建模方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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】
[0003]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。
[0004]本发明具体步骤如下所述:
[0005]步骤(I )，建立从某一个初始时刻t到下一个时刻t+ Λ t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△ t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:
[0006]Μ?+Δ? = Mt+ Δ t X Σ Fin
[0007]式中，Mt+At为当前轮次计算初始反应物的量，mol ；Mt为反应器内原有物料的量，mol ;Fin为进料的摩尔流量,单位为mol/h ; Δ t为每轮计算所需的时间，h。
[0008]那么，对于物料中的每个元素应该也满足原子数守恒，令ni(l为反应前组分i的初始物质的量，mol ；Bj表示系统中第j个元素的原子数总和；β 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:
【权利要求】
1.一种动态Gibbs反应器建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(I )，建立从某一个初始时刻t到下一个时刻t+ Λ t之间的动态建模过程中的物料平衡方程，具体是: 已知t时刻反应器内各组分的物质的量、进料组分及流量，在Gibbs反应器中，先将t时刻反应器内的物料与At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:
【文档编号】G06F19/00GK103678904SQ201310658891
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】葛文锋, 魏江, 葛铭, 郑松 申请人:杭州电子科技大学