Reakciókinetikai modellezés

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Reakciókinetikai modellezés"

Alfréd Dobos
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Reacóneta modellezés Turány Tamás ELTE Kéma Intézet Reacóneta Laboratórum 017. Reacómechanzmuso vzsgálata önyv Ajánlott olvasmány: Turány Tamás Reacómechanzmuso vzsgálata Aedéma Kadó, 010 ELTE TTK önyvtár: példányu van Web oldal: - tartalomjegyzé - 3 fejezet (egy része) - recenzó - helyesbítése 1

2 A reacóneta gyaorlat jelentősége Légöréma folyamato modellezése légszennyezés előrejelzése (dőjárás előrejelzést gényel) bocsátás orláto megállapítása Égése, robbanáso modellezése Pl. erőműve, azáno, motoro hatásfo optmalzálása szennyezőanyag-bocsátás csöentése Vegy üzeme, gyártás folyamato modellezése hatásfo és örnyezetvédelem optmalzálása Boéma folyamato modellezése (systems bology) Metabolzmus hálózato (pl. gyógyszerlebomlás leírása) Moleulárs jelterjedés Sejtclus modellezése Reacóneta formalzmussal leírt nem éma modelle Ragadozó-áldozat modelle (predator-prey models) Öológa rendszere c p R A termodnama adato hőmérséletfüggése NASA polnomo H θ a a3 a 4 3 a5 4 a = a T T T T RT T S R θ 3 = a + a T + a T + a T + a T 1 3 a 3 = a1 ln T + a T + T 4 a 4 + T a 5 + T a 7

3 hőmérséletfüggése A sebesség együttható hőmérséletfüggését az Arrhenus-egyenlet írja le: = A exp Ea RT ln ln A E a = RT A Ea preexponencáls tényező atválás energa Ha több T hőmérséleten megmérjü az adott reacó sebesség állandóját, majd az ln értéeet 1/T függvényében ábrázolju, aor az Arrhenus-egyenlet értelmében egyenest ell apnun, amelyne m = -E a /R ránytényezőjéből E a meghatározható. Arrhenus ábrázolás: CH 4 + OH CH 3 + H O reacó A legfontosabb metán fogyasztó reacó a troposzférában Az egy legfontosabb reacó a földgáz égésénél Arrhenus ábrázolás 0 K ( 53 C ) és 30 K (+ 47 C) özött Arrhenus ábrázolás 300 K (7 C ) és 00 K ( 1930 C) özött Az Arrhenus-egyenlet általában nagyon pontos s (néhány 10 K) hőmérsélet-tartományban (oldatneta, légöréma). Az Arrhenus-egyenlet gyaran nem használható széles hőmérsélet-tartományban (égése, robbanáso, prolízs). 3

4 hőmérséletfüggése. n = BT e C RT terjesztett Arrhenus-egyenlet Fontos! ha n 0, aor A B és E a C Az atválás energa általánosan: E ln = R a 1 ( T ) Sebesség együttható nyomásfüggése 1. unmoleulás bomlás mntareacó: H O bomlása H O + M = OH + M un s nyomás. rendű bomlás nagy nyomás 1. rendű bomlás un látszólagos elsőrendű sebesség együttható nyomás nagynyomású : snyomású : un = un = 0 [M] 0 és hőmérséletfüggését ülön megadju terjesztett Arrhenus-egyenleteel: n E n E = A0T exp = A T exp RT RT 4

5 Lndemann Hnshelwood modell A + M A* + M 1 A* + M A + M 31[ M ] un = A* P 3 [ M ] + 3 nagy nyomás: [M] s nyomás: [M] un = un [ M ] 0 = 1 1 unmoleulás bomlásnál: un látszólagos elsőrendű sebesség együttható elsőrendű sebesség együttható (s -1 ) 0 másodrendű sebesség együttható (mol -1 dm 3 s -1 ) Unmoleulás bomlás sebesség együtthatójána számítása özepes nyomáson Pr = F P 1+ r [ M] P = 0 r P r a reduált nyomás F paraméter a -p görbe alaját szabályozza a Lndemann modellben F = 1 F lehet állandó, pl. F = 0,5 F megadható mnt a nyomás és hőmérsélet bonyolult függvénye s (pl. Troe paraméterezés): ln P 0,4 0,67 ln F ln F r = 1+ 0,75 1,7 ln Fcent 0,14 r F cent un (s -1 ) cent ( ln P 0,4 0,67 ln F ) cent 1 ( ) ( ) ** * ** *** T T T α, T, T, T = 1 α exp + α exp + exp *** * T T T ln F cent nyomás 5

6 Sebesség együttható nyomásfüggése. omplexépző bmoleulás reacó mntareacó: CH 3 + CH 3 C H 6 * C H 6 C H 5 + H s nyomás: C H 6 * elboml C H 5 + H C H 5 + H CH 3 + CH 3 C H 6 nagy nyomás: C H 6 * stablzálód, mnt C H 6 CH 3 + CH 3 C H 6 CH 3 + CH 3 C H 5 + H s nyomáson 3. rendű, nagy nyomáson. rendű s nyomáson. rendű, nagy nyomáson 1. rendű b [ M] P = 0 r P r a reduált nyomás F paraméter a -p görbe alaját szabályozza stablzácós termé eletezéséne számítása özepes nyomáson P r = F P 1+ r b (mol -1 dm 3 s -1 ) a Lndemann modellben F = 1 F lehet állandó, pl. F = 0,5 F megadható pl. Troe paraméterezéssel b látszólagos másodrendű sebesség együttható ha a nyomás cs: b = 0 [M] ha a nyomás nagy: b = CHEMKIN / CHEMKIN-PRO: Theory manual, Reacton Desgn, 010 nyomás 6

7 b 1 = F P 0 1+ r [ M] P = 0 r P r a reduált nyomás F paraméter a -p görbe alaját szabályozza bomlástermé eletezéséne számítása özepes nyomáson b (mol -1 dm 3 s -1 ) a Lndemann modellben F = 1 F lehet állandó, pl. F = 0,5 F megadható pl. Troe paraméterezéssel nyomás b látszólagos másodrendű sebesség együttható ha a nyomás cs: b = 0 ha a nyomás nagy: b = / [M] CHEMKIN / CHEMKIN-PRO: Theory manual, Reacton Desgn, 010 Koncentrácóegysége 1. c = n V molartás molar concentraton [mol/dm 3 ] a vegyésze edvence JÓ: reacóneta sebesség egyenlete mólarány látsz belőle ROSSZ: gáz melegsz c változ aor s, ha nncs éma reacó x = n n móltört JÓ: ROSSZ: mole fracton a vegyésze más edvence mólarány látsz belőle nert gáz melegsz móltört nem változ reacóneta sebesség egyenleteben özvetlenül nem használható 7

8 Koncentrácóegysége. w = tömegtört m m JÓ: ROSSZ: mass fracton a fzuso edvence: mnden mérlegegyenletben tömegtört van a fzuso edvence: mnden mérlegegyenletben tömegtört van mólarányo nem látszana belőle Átszámításo: w = M n M n j j x = w M M ahol pv=nrt m M = n az átlagos móltömeg mean molar mass az deáls gáztörvény gen jól teljesül (általában magas hőmérséleten dolgozun) Térben homogén rendszere szmulácója Koncentrácóváltozáso számítása: d Y dt = f ( Y, p) Y ( t = Y 0 ) 0 Hőmérséletváltozás számítása adabatus rendszerben: C az elegy hőapactása p dt d t N = R az r-ed reacólépés sebessége Θ r H r T ( t ) = T 0 0 = 1 az r-ed reacólépés standard reacóentalpája 8

9 Evvalencaarány előevert lángban tüzelőanyagban szegény láng lean flame CH 4 +O elegy CO + H O + (O marad!) ϕ<1; λ>1 sztöchometrus láng stochometrc flame CH 4 +O elegy CO +H O ϕ=1; λ=1 tüzelőanyagban gazdag láng rch flame CH 4 +O elegy CO +H O + (CH 4 marad!) ϕ>1; λ<1 Valójában nem metán marad, a metán magas hőmérséleten elboml hdrogénre és olefnere! Sztöchometra arányo: H O H O CH 4 + O CO + H O λ : ϕ : ar equvalence rato (ld. λ szonda) fuel equvalence rato CHEMKIN szmulácós programo CHEMKIN CHEMKIN -II CHEMKIN 3 CHEMKIN 4 CHEMKIN PRO CHEMKIN (1975 ) CHEMKIN-II (1986 ) CHEMKIN 3 (1996 ) CHEMKIN 4 (004 ) hadtto hadtto, majd freeware drága eresedelm szoftver drága eresedelm szoftver Szmulácós programo, pl: SENKIN PREMIX SHOCK térben homogén reacó lamnárs előevert lángo löéshullám-cső szmulácója SENKIN lehetősége: adabatus rendszer állandó p adabatus rendszer állandó V adabatus rendszer V (t) függvénnyel zárt rendszer állandó p, T zárt rendszer állandó V, T zárt rendszer p(t) és T(t) függvénnyel 9

10 Mechanzmus CHEMKIN formátumban ELEMENTS H O N AR END SPECIES H O HO HO H O OH HO N AR END THERMO ALL H H 0 0 0G E E E E E E E E E E E E E E+00 4 O O 0 0 0G E E E E E E E E E E E E E E+00 4 HO H O 1 0 0G E E E E E E E E E E E E E+04 mnden anyagfajtára e+00 4 HO H O 0 0G E+00 H m, S m E E-06 és c p,m hőmérséletfüggéséne e e-14 megadása E+04 7 paraméterrel E E E E E E E E+00 4 H H G E E E E E E E E E E E E E E-01 4 Mechanzmus CHEMKIN formátumban. REACTIONS MOLES KJOULES/MOLE H+O => OH+H 5.10E OH+H => H+O 3.534E H+OH => HO+H 1.00E HO+H => H+OH 4.50E O+H+M => HO+M.100E N/0.67/ O/0.4/ HO/0./ AR/0.8/ HO+M => O+H+M 1.159E N/0.67/ O/0.4/ HO/0./ AR/0.8/ O+H+HO => HO+HO 6.890E HO+HO => O+H+HO 3.801E O+H => OH+O 9.756E OH+O => O+H 1.450E HO+O => OH+HO 6.60E OH+HO => HO+O 4.073E HO+OH => HO+HO 7.830E HO+HO => HO+OH 4.744E HO(+M) => OH(+M) 3.000E N/0.4/ O/0.4/ HO/6.5/ AR/0.35/ LOW / 3.000E / TROE / Arrhenus-paramétere / OH(+M) => HO(+M) 7.30E N/0.4/ O/0.4/ HO/6.5/ AR/0.35/ LOW / 5.530E / TROE / / END Troe-paramétere a nyomásfüggés leírására harmadtest ütözés paramétere A, n, E Arrhenus-paramétere 10

11 CHEMKIN SANDIA Natonal Laboratores ( ) Kee R. J., Rupley F. M., Mller J. A. CHEMKIN-II: A FORTRAN Chemcal Knetcs Pacage for the Analyss of Gas-Phase Chemcal Knetcs SANDIA report No. SAND B Szmulácós programo: SENKIN, PSR, PREMIX, SHOCK, EQLIB + utlty programs, data bases Mnd utasítás vezérlésű FORTRAN program Reacton Desgn (1995- ) CHEMKIN 3.x, Tulajdonéppen csa grafus nterfész (Graphcal User Interface, GUI) a CHEMKIN-II-höz CHEMKIN 4.x (a legújabb változat Chemn 4.0.) Valóban új, grafus (ono), sooldalú program DRÁGA és NINCS FORRÁSKÓD Cantera ( CHEMKIN vetélytársa Nylt forrásód, amelyet a SourceForge.net segítségével fejlesztene Kéma egyensúly, homogén és heterogén neta, reator-hálózato, 1D lángo; Matlab, C++ és Fortran apcsolat Kntecus ( Egyetem/utatás felhasználásra ngyenes. Égés, levegőszennyezés és bológa modelle szmulácója. Excell worboo Coslab ( Keresedelm égéséma szmulácós program Lamnárs lángo sugárzással, cseppe égése. Egyéves egyetem lcenc USD 11

12 Köszönöm a fgyelmet! 1

Hasonló dokumentumok

Reakciókinetikai modellezés

Reakciókinetikai modellezés Reacóneta modellezés Turány Tamás ELTE Kéma Intézet Reacóneta Laboratórum 018. Reacómechanzmuso vzsgálata önyv Ajánlott olvasmány: Turány Tamás Reacómechanzmuso vzsgálata Aedéma Kadó, 010 ELTE TTK önyvtár: