ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ С ПРОИЗВОЛЬНОЙ КИНЕТИКОЙ В РЕАКТОРЕ НЕПОЛНОГО СМЕШЕНИЯ

Аннотация

Одной из проблем, возникающей при решении прямой и обратной задач химической кинетики, является сложность исследования многомерных систем дифференциальных уравнений, описывающих закономерности протекания реакций в нестационарных режимах. Эта проблема проявляется не только в реальных реакционных системах, но и в простых модельных реакциях. Решить эту проблему можно за счет понижения размерности систем дифференциальных уравнений с помощью законов сохранения, установление которых, в особенности для систем, характеризующихся нелинейностью, представляет не простую задачу. Известно, что в сосредоточенных закрытых системах химические реакции обладают стехиометрическими законами сохранения, характеризующими законы сохранения атомов реагентов, которые достаточно легко обнаружить. В распределенных системах это сделать сложнее, так как в них химические процессы описываются моделями реакторов идеального вытеснения и неполного смешения, которые не имеют аналитических решений. В связи с этим в данной статье изложен метод установления законов сохранения (инвариантов) для химических реакций, протекающих нестационарно в открытом неизотермическом реакторе неполного смешения с учетом продольной диффузии реагентов и конвекции тепла. Найденные с помощью этого метода инварианты можно использовать для экспериментальной проверки механизмов химических реакций, детальные кинетические характеристики (кинетические законы, константы скоростей стадий и др.) которых не известны. Эти инварианты позволяют сопоставить теоретические характеристики предполагаемого механизма реакции с ее экспериментально наблюдаемыми закономерностями и повысить достоверность решения обратной задачи химической кинетики. Эффективность метода проиллюстрирована на примерах конкретных реакций с установлением и использованием законов сохранения для идентификации механизмов этих реакций.