МАТЕМАТИЧНЕ ТА ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ХІМІЧНОГО РЕАКТОРА ІДЕАЛЬНОГО ЗМІШУВАННЯ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ ОБ’ЄМУ РОБОЧОГО СЕРЕДОВИЩА

Анотація

У статті наведено результати дослідження, присвяченого математичному та імітаційному моделюванню реактора ідеального змішування (РІЗ) із метою оптимізації об’єму робочого середовища для процесу етерифікації оцтової кислоти етанолом. Розглянуто класичні підходи до побудови математичних моделей на основі рівнянь балансу маси та енергії, у тому числі для випадків стаціонарного та нестаціонарного режимів. Визначено переваги аналітичних методів для початкового аналізу та попередніх розрахунків за наявності відносно простих технологічних умов. Показано, що математична модель дозволяє з достатньою точністю оцінити динаміку змін концентрацій та обґрунтувати технологічні параметри при проектуванні ключового виробничого обладнання.

Особливу увагу приділено побудові імітаційної моделі у середовищі DWSIM з використанням термодинамічного пакету NRTL, що забезпечує точне відтворення неідеальної поведінки полярних компонентів рідкої фази. Симульовано оборотну гомогенну кінетичну реакцію етерифікації у безперервному режимі в умовах ізотермічної експлуатації реактора ідеального змішування. За результатами симуляції визначено ступені конверсії реагентів, а також встановлено, що початково заданий об’єм реактора є недостатнім для досягнення промислових показників. Запропоновано використання логічного блоку керування для автоматичного підбору оптимального об’єму, що дозволяє досягти необхідної глибини перетворення базового реагенту (етанолу) понад 98 %.

Проведено порівняльний аналіз результатів математичного та симуляційного моделювання, який вказує на високу адекватність математичних моделей при їх правильній постановці для оцінки базових характеристик технологічного процесу та параметрів обладнання. Підкреслено, що імітаційне моделювання дозволяє враховувати набагато ширший спектр фізико-хімічних факторів, адаптуватися до конкретних умов виробництва, а також швидко досліджувати вплив технологічних змін без потреби у фізичних експериментах. Стаття доводить доцільність поєднання обох підходів у практиці комп’ютерної хімічної інженерії для забезпечення максимальної точності, гнучкості, надійності та технологічної ефективності рішень.