【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多相反应化学平衡计算领域，具体涉及一种基于反应梯度的多相复杂反应化学反应平衡快速计算方法。
技术介绍
1、化学反应平衡计算是预测化工过程中元素走向、物相形成的有效方法。在已知反应物的成分、含量以及温度、压力等条件下，根据最小gibbs自由能原理或化学反应平衡常数可推算出体系处于平衡状态时生成物的种类、含量以及状态，对提升工业生产的信息化水平、降低碳排放等具有重要意义。
2、实际工业生产过程中所涉及到的反应物的来源广、成分复杂且相态各异，导致化学反应平衡的计算量迅速增加。复杂化学反应平衡的求解方法主要可分为：化学反应平衡常数法、最小gibbs自由能法，在采用这2种方法的进行求解的相关研究中，常引入拉格朗日算子将目标函数(各反应平衡、总gibbs自由能最小)和约束方程(元素守恒)结合，进而迭代求解。拉格朗日算子的引入将增加未知数的个数增加计算量，且初始值的设定也会影响收敛效率。而现有基于反应程度的复杂化学反应平衡的求解方法的研究中，在求解过程中引入了中心差分以求解二阶导数，差分增量的设置将影响迭代效率，同时当反应物含量特别少时，差分增量的设置也将受到限制。
3、因此，有必要设计一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法。。
技术实现思路
1、本专利技术的目的针对现有技术的不足，提出一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，能够有效提高复杂反应的计算效率。
2、为实现上述目标，本专利技术提供了如下方案：
3、
4、s1、在给定温度和压力条件下，根据反应物和生成物确定各物质标准态下的理化信息，以及所涉及的化学反应的反应系数；
5、需要说明的是，理化信息包含标准态下的gibbs自由能、相态等。
6、s2、由化学反应系数得到化学反应系数矩阵，并简化为化学反应基础矩阵；
7、s3、根据各物质的理化信息求解各物质的gibbs自由能，并结合基础矩阵求解总gibbs自由能随各反应的变化量，以及变化量随各反应的反应程度的变化梯度；
8、s4、根据变化梯度确认各反应迭代步长，以变化量=0为目标进行迭代求解，得到平衡状态下反应物和产物的物质的量。
9、进一步地，步骤s2中，所述简化具体为：对所有涉及的反应组成的矩阵通过初等行变换，找出其中可由其它多个反应进行加减得到的反应，将该反应删除，得到化学基础反应系数矩阵。
10、进一步地，步骤s3中，结合基础矩阵求解总gibbs自由能 g ij、gibbs自由能随各反应的变化量，具体过程如下：
11、s301、根据各反应物含量、物相、温度、标准态下gibbs自由能计算各反应物及生成物的gibbs自由能 g ij，如式（1）所示；在计算因气相、液相的 g ij过程中，因求取公式中含有对数函数，为保证所有物质的 g ij可求，此处需一个极小值代替 n ij=0进行求解，本专利技术采用10-10；
12、，
13、式中， i为物相； j为反应物编号； g ij为反应物 j在相态 i的gibbs自由能； g ij0为反应物 j在相态 i中标准态下的gibbs自由能； n ij为反应物 j在相态 i的物质的量，kmol； n i为相态 i的反应物总物质的量，kmol； r为气体常数，此处取8.314； t为温度，k；
14、s302、计算总gibbs自由能与各反应的反应程度的变化量 f( x h)：
15、，
16、式中， g为gibbs自由能； h为反应序列； z hj表示基础矩阵； x h为反应 h的反应程度；g ij为反应物 j在相态 i的gibbs自由能； u为物质种类总数。
17、进一步地，步骤s3中，求解变化量与各反应的反应程度的变化梯度，具体过程为：
18、s303、求解变化量 f与各反应的反应程度 x的变化梯度 h：
19、式中， h、 m为反应序列； x h 、x m表示反应序列 h、 m的反应程度； u为物质种类总数； j、b为物质序数； i为相态； n ij为物相i中物质 j的总物质的量，kmol； n i为相态 i的物质的总物质的量，kmol； z hb 、z mj为基础反应系数矩阵； g ib为相态 i中物质 b的gibbs自由能。
20、进一步地，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述简化具体为：对所有涉及的反应组成的矩阵通过初等行变换，找出其中由其它多个反应进行加减得到的反应，将该反应删除，得到化学基础反应系数矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，步骤S3中，结合基础矩阵求解总Gibbs自由能Gij、Gibbs自由能随各反应的变化量，具体过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，步骤S3中，求解变化量与各反应的反应程度的变化梯度，具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，步骤S4中，所述根据变化梯度确认各反应迭代步长，以变化量=0为目标进行迭代求解，得到平衡状态下反应物和产物的物质的量；具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，步骤s2中，所述简化具体为：对所有涉及的反应组成的矩阵通过初等行变换，找出其中由其它多个反应进行加减得到的反应，将该反应删除，得到化学基础反应系数矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种基于反应梯度的多相复杂化学反应平衡快速计算方法，其特征在于，步骤s3中，结合基础矩阵求解总...
【专利技术属性】
技术研发人员：周萍，吴迪，闵小波，刘斌，刘柳，唐昭辉，张岭，桂宁，钟勇，曾平生，程雪松，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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