一种用于模拟化工催化反应过程优化的结合统计分布的随机行走的方法

摘要

一种用于模拟化工催化反应过程优化的结合统计分布的随机行走的方法，通过量子化学方法计算确定催化反应的界面动力学问题，利用随机行走方法来解决化工过程中的传质问题，利用统计和概率分布法建立全过程模拟模型，并结合正交实验数据进行参数化，模拟多相催化反应。从而为开发新工艺，优化生产条件提供理论预测和指导。

主权项

一种用于模拟化工催化反应过程优化的结合统计分布的随机行走的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)用扫描电镜观察催化剂表面情况，统计不同催化晶面的比重；使用量子化学方法模拟表面催化反应过程，得到反应物的结构和活化能，同时结合实验数据依据公式K₀＝Aexp(‑ΔG^*/RT)求出反应速率常数K₀和指前因子A；(2)依据上述不同催化晶面的比重、反应速率常数K₀和指前因子A，以及实验数据对催化过程进行参数化处理；(3)将化工反应器简化为具有周期结构的单元，单元中包含反应物及产物粒子可以自由运动的有边界空间，也包括粒子不可进入的催化剂势垒；(4)反应物粒子与催化剂势垒碰撞时，产生吸附现象，由Frenkel表达式t＝t₀exp(Q/RT)确定待分离粒子在势垒壁上的停留时间，其中，Q为吸附能，R为气体常数，t₀为垂直表面的振动时间，t为停留时间；(5)反应物粒子在催化剂上同时停留在一定范围内时，则会发生催化反应，通过步骤(1)中的不同催化晶面的比重和活化能参数得到其催化反应的几率和效率；(6)待反应物及产物粒子在随机运动的同时叠加一个方向与粒子流速方向一致的定向运动，其流动速率与粒子所受驱动力有关；(7)采用串行或并行的方式对多个粒子在反应器中的运动进行模拟，这些粒子在给定时间内的运动距离的统计分布为反应器内的浓度分布；粒子走完给定距离所需的时间统计分布模拟分离检测的信号。