Mathematical modelling of a self-oscillating catalytic reaction in a flow reactor

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The article is devoted to the analysis of possible spatiotemporal kinetic structures that can arise during catalytic oxidation reactions on metal surfaces at atmospheric pressure. The catalytic oscillatory reaction in a flow reactor is modeled using a 1D system of equations of the reaction–diffusion–convection type. The STM type oscillatory reaction model of catalytic oxidation is used as a kinetic model. The obtained results of mathematical modelling show the decisive influence of an axial mixing in the reactor on the development of spatiotemporal structures. It is also shown that, depending on the ratio of adsorption constants of reacting species, three different isothermal spatiotemporal structures can arise, namely a spatially inhomogeneous stationary state, regular and aperiodic “breathing structures”.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

N. Peskov

Moscow State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: peskovnick@gmail.com

Faculty of Computational Mathematics and Cybernetics

Ресей, Leninskie Gory, Moscow, 119991

M. Slinko

Semenov Institute of Chemical Physics

Email: peskov@cs.msu.ru
Ресей, Kosygina Str., 4, Moscow, 119991

Әдебиет тізімі

  1. Schuth F., Henry B.E., Schmidt L.D. // Adv. Catal. 1995. V. 39. P. 51.
  2. Slinko M.M., Jaeger N.I. Oscillating heterogeneous catalytic systems, V. 86. Eds. B. Delmon and J.T. Yates, Elsevier, 1994.
  3. Imbihl R., Ertl G. // Chem. Rev. 1995. V. 95. P. 697.
  4. Bykov V.I., Tsybenova S.B., Yablonsky G. Chemical complexity via simple models. Berlin–Boston: Watler DeGryater GmbH, 2018.
  5. Luss D, Sheintuch M. // Catal. Today. 2005. V. 105. P. 254.
  6. Rotermund H.H. // J. Elec. Spectr. Rel. Phen. 1999. V. 98–99. P. 41.
  7. Wei H., Lilienkamp G., Imbihl R. // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 389. P. 284.
  8. Marwaha B., Annamalai J., Luss D. // Chem. Eng. Sci. 2001. V. 56. P. 89.
  9. Lobban L., Luss D. // J. Phys. Chem. 1989. V. 93. P. 6530.
  10. Lobban L., Philippou G., Luss D. // J. Phys. Chem. 1989. V. 93. P. 733.
  11. Brown J.R., D’Netto G.A., Schmitz R.A. Temporal Order. Eds. L. Rensing and N. Jaeger. Berlin: Springer–Verlag, 1985. P. 86.
  12. Middya U., Graham M.D., Luss D., Sheintuch M. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 2823.
  13. Middya U., Luss D. // J. Chem. Phys. 1995. V. 102. P. 5029.
  14. Sheintuch M., Nekhamkina O. // J. Chem. Phys. 1997. V. 107. P. 8165.
  15. Digilov R.M., Nekhamkina O., Sheintuch M. // A.I. Ch.E. Journal. 2004. V. 50. P. 163.
  16. Nekhamkina O., Digilov R.M., Sheintuch M. // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. P. 2322.
  17. Bychkov V.Y., Tyulenin Y.P., Korchak V.N., Aptekar E.L. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 304. P. 21.
  18. Bychkov V.Y., Tyulenin Y.P., Slinko M.M., Korchak V.N. // Appl. Catal. A: Gen. 2007. V. 321. P. 180.
  19. Bychkov V.Y., Tyulenin Y.P., Slinko M.M., Korchak V.N. // Catal. Lett. 2007. V. 119. P. 339.
  20. Bychkov V.Y., Tyulenin Y.P., Slinko M.M., Korchak V.N. // Surf. Sci. 2009. V. 603. P. 1680.
  21. Bychkov V.Y., Tyulenin Y.P., Slinko M.M., Lomonosov V.I., Korchak V.N. // Catal. Lett. 2018. V. 148. P. 3646.
  22. Bychkov V.Y., Tyulenin Y.P., Slinko M.M., Gorenberg A. Ya., Shashkin D.P., Korchak V.N. // React. Kinet. Mech. Catal. 2019. V. 128. P. 587.
  23. Kaichev V.V., Gladky A.Y., Prosvirin I.P., Saraev A.A., Hävecker M., Knop-Gericke A., Schlögl R., Bukhtiyarov V.I. // Surf. Sci. 2013. V. 609. P. 113.
  24. Kaichev V.V., Saraev A.A., Gladky A.Y., Prosvirin I.P., Blume R., Teschner D., Hävecker M., Knop-Gericke A., Schlögl R., Bukhtiyarov V.I. // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119. P. 026001.
  25. Слинько М.М., Макеев А.Г., Бычков В.Ю., Корчак В.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. С. 99.
  26. Sales B.C., Turner J.E., Maple M.B. // Surf. Sci. 1982. V. 114. P. 381.
  27. Cross M., Greenside H. Pattern formation and dynamics in nonequilibrium systems, Cambridge University Press, 2009.
  28. Yelenin G.G., Makeev A.G. // Математическое моделирование. 1992. Т. 4. С. 11.
  29. Peskov N.V., Slinko M.M. Numerical simulation of self-oscillating catalytic reaction in plug-flow reactor. arXiv preprint arXiv:2303.12022. https://arxiv.org/abs/2303.12022

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Oscillatory solution of system (2) at p = 0.5 (a); oscillations of the reaction rate R at p = 0.5 and other parameters corresponding to the values ​​(3) (b).

Жүктеу (227KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Spatio-temporal diagram of the oxidation state of the catalyst z(ζ, t) with the presented lines z = const for z = 0.3, 0.5, 0.7, 0.9 at p = 0.8.

Жүктеу (402KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Space-time diagrams for concentrations x(ζ, t) (a) and y(ζ, t) (b). The black line is the level line z(ζ, t) = 0.7.

Жүктеу (305KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Time dependence of dimensionless concentrations of oxidizer (v) and reducing agent (w) at the reactor outlet.

Жүктеу (128KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Complex periodic oscillations of dimensionless concentrations of oxidizer (v) and reducing agent (w) at p = 0.97.

Жүктеу (170KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Irregular oscillations of dimensionless concentrations of oxidizer (v) and reducing agent (w) at p = 1.01.

Жүктеу (157KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Distribution of the degree of oxidation along the length of the catalyst in a steady state for different values ​​of p.

Жүктеу (176KB)
Метадеректер


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».