DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v19r327

Численный анализ идентифицируемости параметров математической модели химической реакции

Авторы

  • Л.Ф. Нурисламова
  • И.М. Губайдуллин

Ключевые слова:

идентификация параметров
кинетическая модель
анализ чувствительности
математическое моделирование

Аннотация

Авторами статьи ведутся работы, направленные на разработку численного подхода к анализу параметрической идентифицируемости модели химической реакции методами анализа чувствительности для эффективного исследования и управления процессом химической реакции. Целью настоящей работы является определение параметров, подлежащих идентификации в условиях задаваемой погрешности измерений, химической реакции на примере процесса пиролиза пропана и определение незначимых параметров модели. Выполнена редукция 157-стадийной детальной схемы пиролиза пропана к 30-стадийной схеме. Предложена кинетическая модель для анализа низкотемпературного пиролиза пропана. Модель адекватно описывает выход наблюдаемых продуктов реакции при атмосферном давлении. Идентифицированы параметры кинетической модели пиролиза пропана путем решения обратной задачи химической кинетики.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2018-12-26

Выпуск

Том 19 (2018): Выпуск 3.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

Л.Ф. Нурисламова

Институт нефтехимии и катализа РАН
проспект Октября, 141, 450075, Уфа
• научный сотрудник

И.М. Губайдуллин

Институт нефтехимии и катализа РАН
проспект Октября, 141, 450075, Уфа
• старший научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. E. Walter, Identifiability of parametric models (Pergamon Press, New York, 1987).
  2. S. I. Spivak and V. G. Gorskii, “Non-Uniqueness of Problem of Kinetic Constant Reconstruction,” Dokl. Akad. Nauk SSSR 257 (2), 412-415 (1981).
  3. V. G. Gorskii and S. I. Spivak, “Identifiability of Parameters - One of the Most Important Steps in Constructing Mathematical Models in Chemistry,” Zh. Strukt. Khim. 29 (6), 119-125 (1988) [J. Struct. Chem. 29 (6), 924-930 (1989)].
  4. Kudashev V. P. and Spivak S. I., “Informativity of Kinetic Measurements under Determination of Mathematical Models Parameters of Non-Steady Chemical Kinetics,” Teor. Osn. Khim. Tekhnol. 26 (6), 872-879 (1992).
  5. L. F. Nurislamova and I. M. Gubaydullin, “Reduction of Detailed Schemes for Chemical Transformations of Formaldehyde and Hydrogen Oxidation Reactions Based on a Sensitivity Analysis of a Mathematical Model,” Vychisl. Metody Programm. 15, 685-696 (2014).
  6. L. F. Nurislamova and I. M. Gubaydullin, “Research and Reduction of Mathematical Model of Chemical Reaction by Sobol’ Method,” Comput. Issled. Model. 8 (4), 633-646 (2016).
  7. L. F. Nurislamova and I. M. Gubaydullin, “Mechanism Reduction of Chemical Reaction Based on Sensitivity Analysis: Development and Testing of Some New Procedure,” J. Math. Chem. 55 (9), 1779-1792 (2017).
  8. N. J. Brown, G. Li, and M. L. Koszykowski, “Mechanism Reduction Via Principal Component Analysis,” Int. J. Chem. Kinet. 29 (6), 393-414 (1997).
  9. M. S. Okino and M. L. Mavrovouniotis, “Simplification of Mathematical Models of Chemical Reaction Systems,” Chem. Rev. 98 (2), 391-408 (1998).
  10. A. S. Tomlin, T. Turányi, and M. J. Pilling, “Mathematical Tools for the Construction, Investigation and Reduction of Combustion Mechanisms,” in Comprehensive Chemical Kinetics (Elsevier, New York, 1997), Vol. 35, pp. 293-437.
  11. T. F. Lu and C. K. Law, “A Directed Relation Graph Method for Mechanism Reduction,” Proc. Combust. Inst. 30 (1), 1333-1341 (2005).
  12. T. Lu and C. K. Law, “Linear Time Reduction of Large Kinetic Mechanisms with Directed Relation Graph: n-Heptane and Iso-Octane,” Combust. Flame 144 (1-2), 24-36 (2006).
  13. A. S. Tomlin, M. J. Pillinc, T. Turányi, et al., “Mechanism Reduction for the Oscillatory Oxidation of Hydrogen: Sensitivity and Quasi-Steady-State Analyses,” Combust. Flame 91 (2), 107-130 (1992).
  14. T. Turányi, “Sensitivity Analysis of Complex Kinetic Systems. Tools and Applications,” J. Math. Chem. 5 (3), 203-248 (1990).
  15. A. Saltelli, M. Ratto, S. Tarantola, and F. Campolongo, “Sensitivity Analysis for Chemical Models,” Chem. Rev. 105 (7), 2811-2828 (2005).
  16. I. A. Semiokhin, Physical Chemistry (Mosk. Gos. Univ., Moscow, 2001) [in Russian].
  17. L. S. Polak (Ed.), Application of Computational Mathematics in Chemical and Physical Kinetics (Nauka, Moscow, 1969) [in Russian].
  18. I. M. Sobol’, “On Sensitivity Estimation for Nonlinear Mathematical Models,” Mat. Model. 2 (1), 112-118 (1990).
  19. L. F. Nurislamova, Development of a Compact Kinetic Model for Propane Pyrolysis by Sensitivity Analysis Methods , Candidate’s Dissertation in Mathematics and Physics (Bashkir State Univ., Ufa, 2015).
  20. O. A. Stadnichenko, L. F. Nurislamova, N. S. Masyuk, et al., “Radical Mechanism for the Gas-Phase Thermal Decomposition of Propane,” Reac. Kinet. Mech. Cat. 123 (2), 607-624 (2018).
  21. I. M. Sobol’, “Uniformly Distributed Sequences with an Additional Uniform Property,” Zh. Vychisl. Mat. Mat. Fiz. 16 (5), 1332-1337 (1976) [USSR Comput. Math. Math. Phys. 16 (5), 236-242 (1976)].
  22. E. M. Chainikova, A. R. Yusupova, S. L. Khursan, et al., “Interplay of Conformational and Chemical Transformations of Ortho-Substituted Aromatic Nitroso Oxides: Experimental and Theoretical Study,” J. Org. Chem. 82 (15), 7750-7763 (2017).
  23. K. F. Koledina, S. N. Koledin, N. A. Shchadneva, and I. M. Gubaidullin, “Kinetics and Mechanism of the Catalytic Reaction between Alcohols and Dimethyl Carbonate,” Zh. Fiz. Khim. 91 (3), 422-428 (2017) [Russ. J. Phys. Chem. A. 91 (3), 442-447 (2017)].