КОНЦЕПЦИЯ КВАЗИРАВНОВЕСНЫХ ТРАЕКТОРИЙ
МЕХАНО-КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

М.С. Сафонов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
(кафедра химической технологии)

Задача радикального повышения эффективности использования первичных энергоресурсов применительно к разнообразным химико-технологическим и энерготехнологическим системам может быть трасформирована с позиций второго закона термодинамики в следующую конкретную форму: для каждого процесса преобразования исходного сырья в конечные продукты производства требуется синтезировать такую траекторию процесса (в пространстве р-Т-координата химического превращения x ), которая сопровождалась бы минимальным производством энтропии.

Показано, что для сопровождаемых значительными тепловыми эффектами гетерогенно-каталитических процессов оптимальной траекторией является адиабата-изоэнтропа химической реакции. Теоретический анализ таких траекторий дает точные ориентиры для разработки возможных технических вариантов либо ступенчатого приближения к идеальной траектории, либо синхронизации скоростей каталитического и механического процессов в одном аппарате – турбине (компрессоре) с катализаторным покрытием рабочих поверхностей машины. В условиях ограничений по температуре сверху – из-за потери устойчивости конструкционных материалов или снизу – из-за снижения катализаторной активности оптимальной становится двухзвенная траектория механо- каталитического процесса, состоящая из участков адиабаты-изотермы и адиабаты-изоэнтропы.

Даны результаты расчетов оптимальных траекторий химических превращений и достигаемых термодинамических эффектов для ряда технологических систем: каталитического окисления углеводородного топлива в газотурбинном цикле; паровой конверсии метана в синтез-газ и в водород.