化学工程计算机技术论文

一、对反应动力学的模拟

外力对化学反应过程施加各种影响的原理、规律是化学反应动力学的研究目标。研究者通过各种研究，形成反应动力学方程式。反应器的优化与设计均是以该方程式为基础来开展的[3]。在化学反应动力学研究中应用计算机技术，具体包括了：（一）反应模型的建立。目前此类研究并不少见。像刘小云等经过实验得出动力学模型，在检验后实现了数据与模型间一定程度的相互吻合；D.Klvana等将层流方程与六步动力学模型联系起来，并实现了计算机技术的成功模拟；（二）对一些反应动力学参数进行运算。如，熊杰明等人在实验中发现，在应用数值积分法计算动力学参数时准确度较高；若使用微分法计算速率时，因模型和函数间不相契合，则准确度较差；（三）运用模型确定合适的工艺条件。如梅泽民等人已对对峙放热的最佳温度进行了分析；角仕云等通过分析生产硫酸中催、氧化反应的适宜温度，并综合考量催化剂各项系数的意义，推算出反应中催化剂的温度公式。很多教材均涉及到通过消元及变量分离，对动力学方程进行简单的数学处置内容。但因很多动力学方程涉及平行、对峙、连续等一系列的反应，比较复杂。更有一些反应拥有极其复杂的原理、规律。如果对这些复杂的化学反应加以研究、会形成较难求解的微分方程。如果在求解中应用计算机技术，就可以有效的解决这一难题[4]。在很多复杂的化学反应研究领域中，均使用着计算机进行计算模拟。第一，应用计算机对反应中所有物质的浓度改变进行模拟运算。第二，为得出所需物质的饱和度，可计算连续反应的合适时间、实现对反应时间有效把控；第三，为让化学生成物速率达到最高，可对对峙放热、平行反应最优温度加以计算，以有效把控温度，实现最佳试验条件。通过对计算数值进行专业模拟，形成数据档案，有利于合理设计反应器和有效控制化学生产的工艺条件。

二、化学反应工程新领域

（一）计算反应工程

新世纪以来，流体力学、量子力学等基础研究在飞速发展、并日益成熟起来。这样就为在反应工程中有效计算机技术奠定了基础。在分子计算、大尺度集成、操作与过程的模拟、智能化发展等处，都可以看到数学软件在被广泛应用的身影。这样一来，人们得以更加简捷、有效的对化学反应过程全面、立体的模拟，加快了化学反应工程的发展速度[5]。比如，在对发展经济中其着重要作用的石油催、裂化领域，应用计算机技术可大大改善研究效果。在工业石油的催、裂化中，人们通过对重质渣油进行化学处理，将其转化成有经济价值的轻质油、高辛烷值油。若使用MIP反应器，石油裂化、异构化、脱氢反应可不限于一次。这样一来，工程试验的针对性及自由度得以提高，很好的改善了产品的特性及其分布。根据多尺度思路，在几秒内就可以依据宏观模型、对实际设备完成各处的颗粒分布。然后，以此作为初始及边界进行运算、进行细化。该过程主要是用一些层次较低的模型进行模拟的。按照这样的思路，可进行层层细化，反应器内一切细节得以展示。这样一来，试验人员能够据此更精准对反应器进行放大和设计优化。

（二）向分子反应工程的转化

技术及计算技术在不断提高着，使得人们对反应过程的认识逐渐深化。化学设备水平不断提高，让研究人员能够有效观察到分子、原子；随之理论水平的不断提高，也使得人们实现了多尺度的模拟。在化学工程领域，若在分子、原子基础上，可以使得化学合成及反应过程得以有效构建。而现在，在很多领域已经将该设想化为了现实。同时，该方法论能够将其与过程强化论有机联系起来，以最大可能的提高效率，促进了节能减排的发展。此外，若在化学反应工程中运用分子反应工程技术，可以使得前景更为广阔。

三、结论

在高等化学反应工程中，应用计算机技术可以对数据、模型进行全面、多维度模拟，成功实现了“还原论”，并在反应动力学中得到广泛应用。这样一来，化学反应工程的工艺水平、经济效益得到了有效的提高。因笔者的水平有限，可能不尽全面，有些专业研究有待继续完善。

作者：王晓安 单位：苏州大学