ИСТИНА

К настоящему времени накоплен значительный объем экспериментальных данных по обнаружению и анализу нелинейных и нестационарных явлений в каталитических процессах, протекающих в кинетической области. Интерес к изучению критических эффектов (множественность стационарных состояний (ст.с.), автоколебания и т.п.) определяется прежде всего необходимостью их качественного объяснения и численного описания механизмов и закономерностей протекания конкретных реакций.

To date, accumulated a significant amount of experimental data on the detection and analysis of nonlinear and transient phenomena in catalytic processes in the kinetic region. Interest in the study of the critical effects (multiplicity of steady states (st.s.), self-oscillation, etc.) is determined primarily by the necessity of their qualitative explanations and numerical description of the mechanisms and regularities of specific reactions.

Цель настоящих исследований - разработать технологию параметрического анализа кинетических моделей каталитических систем, допускающих множественность ст.с. и автоколебаний в кинетической области. Эта цель определяет основные задачи исследований:  провести параметрический анализ простейших моделей каталитических реакций в различных плоскостях кинетических параметров;  проанализировать кинетические модели, отвечающие сложным каталитическим механизмам; изучить влияние на критические эффекты стадий диффузионного обмена;  построить и проанализировать математические модели проточного каталитического реактора, основанные на различных механизмах реакции; разработать численный метод исследования влияния вынужденных пульсаций парциальных давлений веществ в газовой фазе и скорости протока на собственные колебания системы.

Ранее, в 2015 году, в рамках выполнения Договора № АНИ-2/2015 от 07.12.2015 г., заключенного между Институтом химической физики имени Н.Н.Семенова РАН и факультетом ВМК МГУ имени М.В.Ломоносова, было выполнена научно-исследовательская работа, а именно создана математическая модель нестационарной динамики процесса парциального окисления природного газа в газовом реакторе; предложен эффективный численный метод решения жесткой системы обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих динамику реагирующих газов.

По имеющимся в настоящее время представлениям для существования колебаний в химических реакциях один из продуктов реакции должен быть автокатализатором, т.е. ускорять ход реакции, в которой он образуется. Исходное вещество поступает в реагирующую среду, т.к. оно расходуется в реакции образования автокатализатора. Предполагается, что расход автокатализатора происходит в результате его распада с образованием какого-либо продукта, в дальнейшем не участвующим в ходе реакции. Для простоты считается, что в уравнении автокатализа взаимодействуют по одной молекуле каждого вещества, а скорость распада автокатализатора пропорциональна его концентрации. Как правило, реальные химические реакции являются многостадийными и используемые в процессе математического моделирования уравнения химической кинетики являются лишь удобной математической моделью, позволяющей объяснить существование колебательных химических реакций. В простейших моделях химической кинетики существуют решения, которые соответствует отсутствию химической реакции, в результате чего концентрация исходного вещества постоянно нарастает, а автокатализатора не образуется в связи с его отсутствием в начальный момент.