СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ
METHOD OF MODELING PROCESSES IN CHEMICAL REACTORS

Изобретение относится к способам моделирования процессов получения водорода за счет гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде и может быть использовано для оптимизации гидродинамических процессов и массообмена в альтернативных вариантах проектируемых генераторах водорода на основе гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде.
В настоящее время разрабатываются проекты генераторов получения водорода в сфере автономной энергетики, преимущественно в энергоустановках с электрохимическими генераторами, как в стационарных установках, на транспорте, так и для систем заправки водородом турбогенераторов с водородным охлаждением, а так же в химической промышленности.
Известен способ моделирования (Челяев В.Ф. Компактный источник чистого дешевого водорода. // Энергия: экономика, техника, экология. 2009. №2. С.24-28.) в макетном химическом реакторе.
Недостатками данного способа являются сложность и длительность проводимых экспериментов для получения необходимой информации, а также проведение процессов оптимизации на реальном объекте, что требует поддержания на нужном уровне температуры химического реактора, расходов дорогостоящих реагентов (раствора едкого натра и порошка алюминия) и наличия особых требований работы с водородом.
Известен также наиболее близкий к предлагаемому изобретению способ моделирования химических реакторов (А.С. СССР 882583 опубликован 23.11.1981 г.), выбираемый в качестве прототипа.
В известном способе моделирование химических реакторов путем контактирования твердой и газообразной фаз и определения параметров массообмена между ними за счет использования веществ-имитаторов, в качестве твердой фазы используют фториды щелочных металлов, а в качестве газовой - смесь инертного газа с гексафторидом урана, контактирование осуществляют в течение 10-300 с. Определение параметров массообмена осуществляют измерением концентрации гексафторида урана после контактирования.
Недостатками данного изобретения являются ограниченность сферы использования способа для моделирования химических реакторов путем контактирования только твердой и газовой фаз. В генераторах водорода на основе гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде контактирование частиц алюминия происходит в жидкой фазе водного раствора едкого натра.
Технический эффект, заключающийся в повышении безопасности, ускорении и упрощении процесса оптимизации гидродинамических процессов и массообмена достигается тем, что в известном способе моделирования процессов в химических реакторах путем контактирования твердой и жидкой фаз и определения параметров массобмена между ними путем использования веществ - имитаторов, согласно изобретению, твердую фазу - частицы алюминия моделируют частицами питьевой соды, жидкую фазу - водный раствор едкого натра моделируют водным раствором уксусной кислоты, а полученный газообразный продукт гидролиза-водород моделируют углекислым газом.
Кроме того, контактирование осуществляют в реальном или модельном реакторе в течение необходимого времени.
На рисунке схематично представлено оборудование, используемое при изучении процесса гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде генератора водорода, содержащее реактор 1, магистраль подачи частиц алюминия 2, магистраль выдачи водорода 3, магистраль подачи водного раствора едкого натра 4, магистраль вывода продуктов гидролиза 5.
Контактирование частиц алюминия происходит в жидкой фазе водного раствора едкого натра. Отрабатывается вопрос об оптимальной геометрии реакционного сосуда определенного объема и конструкции. Частицы алюминия моделируются частицами бикарбоната, например, питьевой содой, а водный раствор едкого натра моделируется водным раствором кислоты, например, уксусной. Газообразный продукт гидролиза водород моделируется углекислым газом.
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными обладает следующими преимуществами: простотой, экспрессивностью, экономичностью и пожаро-взрывобезопасностью, так как не требует проведения процесса при высоких температурах и отсутствия пожаро-взрывоопасных веществ. Предлагаемый способ моделирования химического реактора водорода апробирован в лабораторных условиях.