The Stability Analysis of a Chemical Process in a Flow Reactor

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The possibility of emergence of oscillatory conditions during a chemical process in a flow reactor with spatial inhomogeneity is analyzed. The mathematical dynamic model of the reactor takes into account molecular and convective heat- and mass-transfer processes. The problem is solved in a one-dimensional approximation under single-step chemical-reaction conditions. An analytical expression for the stability criterion of the steady-state conditions is obtained provided that the diffusion and temperature conductivity coefficients are equal. The sequence of actions upon determining the critical conditions for the stability of the system is shown. A series of numerical experiments is performed to verify the emergence of oscillatory regimes at different parameter values corresponding to real conditions in the reactor.

About the authors

A. A. Belyaev

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: j.toht@igic.ras.ru
119334, Moscow, Russia

A. V. Arutyunov

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences; Shenzhen MSU-BIT University

Email: j.toht@igic.ras.ru
119334, Moscow, Russia; 518172, Shenzhen, China

V. S. Arutyunov

Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: j.toht@igic.ras.ru
119334, Moscow, Russia

References

  1. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987.
  2. Yarlagadda P.S., Morton L.A., Hunter N.R., Gesser H.D. Temperature oscillations during the high-pressure partial oxidation of methane in a tubular flow reactor // Combustion and Flame. 1990. V. 79. № 2. P. 216.
  3. Arutyunov V. Direct methane to methanol: Foundations and prospects of the process. Amsterdam: Elsevier B.V., 2014.
  4. Вольтер Б.В., Сальников И.Е. Устойчивость режимов работы химических реакторов. М.: Химия, 1981.
  5. Быков В.И., Цыбенова С.Б. Нелинейные модели химической кинетики. М.: КРАССАНД, 2011.
  6. de Joannon M., Sabia P., Tregrossi A., Cavaliere A. Dynamic behavior of methane oxidation in premixed flow reactor // Combust. Sci. and Tech. 2004. V. 176. № 5–6. P. 769.
  7. Arutyunov A.V., Belyaev A.A., Lidskii B.V., Nikitin A.V., Posvyanskii V.S., Arutyunov V.S. Thermokinetic oscillations in the partial oxidation of methane // Russian J. Phys. Chem. В. 2017. V. 11. № 3. P. 403. [Арутюнов А.В., Беляев А.А., Лидский Б.В., Никитин А.В., Посвянский В.С., Арутюнов В.С. Термокинетические колебания при парциальном окислении метана // Химическая физика. 2017. Т. 36. № 6. С. 3.]
  8. Перлмуттер Д. Устойчивость химических реакторов (Перевод с англ.). Л.: Химия, 1976.
  9. Aleksandrova L.Yu., Moshinskii A.I. Description of the operation of a biochemical reactor by a diffusion model // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 3. P. 265. [Александрова Л.Ю., Мошинский А.И. Описание работы биохимического реактора диффузионной моделью // Теор. основы хим. технологии. 2022. Т. 56. № 3. С. 273.]
  10. Воробьев А.Х., Богданов А.В. Кинетика нелинейных химических систем. М.: хим. фак. МГУ им. Ломоносова, 2019.
  11. Bykov V.I., Tsybenova S.B., Slin’ko M.G. The dynamics of a continuous tank of incomplete stirring // The Proc. the Russ. Acad. of Sci. 2001. V. 380. № 5. P. 649 [Быков В.И., Цыбенова С.Б., Слинько М.Г. Динамика проточного реактора неполного перемешивания // Докл. АН. 2001. Т. 380. № 5. С. 649.]
  12. Романовский Ю.М., Васильев В.А., Яхно В.Г. Автоволновые процессы в распределенных кинетических системах // Успехи физ. Наук. 1979. Т. 128. № 4. С. 625.
  13. Холодниок М., Клич А., Кубичек М., Марек М. Методы анализа нелинейных динамических моделей (Перевод с чешского). М.: Мир, 1991.
  14. Арнольд В.И. Дополнительные главы теории обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1978.
  15. Колебания и бегущие волны в химических системах / Под ред. Филда Р., Бургер М. (пер. с англ.). М.: Мир, 1988.
  16. Гельфанд И.М. Лекции по линейной алгебре. М.: Наука, 1971.
  17. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (90KB)
3.

Download (290KB)
4.

Download (230KB)
5.

Download (84KB)

Copyright (c) 2023 А.А. Беляев, А.В. Арутюнов, В.С. Арутюнов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».