W pracy przedstawiono problem optymalizacji dwóch wybranych procesów inżynierii chemicznej. Rozważano cykl fluidalnego ogrzewania rozdrobnionego ciała stałego w poziomym fluidyzacyjnym wymienniku ciepła, a także reakcje chemiczne przebiegające w rurowym reaktorze przepływowym.
Uwzględniono, że w strumieniu materiału przepływającym wzdłuż aparatu zachodzi proces mieszania na skutek występowania dyspersji wzdłużnej (osiowej). Opisano modele matematyczne dla rozważanych procesów i metodę ich przekształcenia do postaci umożliwiającej zastosowanie w wybranym algorytmie optymalizacyjnym – ciągłym algorytmie zasady maksimum, tzw.
algorytmie Pontryagina. Dla problemu ogrzewania fluidalnego jako wskaźnik jakości przyjęto funkcję opisującą całkowity koszt tego cyklu. Ten wskaźnik jakości przekształcono do równoważnej postaci, w której koszty cyklu wyrażone są w jednostkach egzergii.
W obliczeniach optymalizacyjnych poszukiwano adekwatnego profilu temperatury gazu wzdłuż aparatu fluidyzacyjnego, a także adekwatnej wartości przepływu tego gazu. W pierwszym etapie obliczenia optymalizacyjne przeprowadzono dla procesu ogrzewania z tłokowym przepływem ciała stałego wzdłuż wymiennika, następnie rozszerzono model, uwzględniając dyspersję wzdłużną, która opisuje cykl mieszania się cząstek ciała stałego wzdłuż aparatu.
Obliczenia przeprowadzono dla szerokiego zakresu parametrów procesu i parametrów ekonomicznych obecnych we wskaźniku jakości. Rozpatrywano cały zakres zmienności współczynnika dyspersji od procesu przebiegającego w złożu fluidalnym z perfekcyjnym wymieszaniem ciała stałego aż do procesu – w złożu z przepływem tłokowym.
W problemach optymalizacji reaktorów rurowych z przepływem dyspersyjnym analizowano problem maksymalizacji końcowego stężenia pożądanego produktu dla trzech typów pierwszorzędowych reakcji chemicznych: reakcje odwracalne, reakcje równoległe i reakcje następcze.
Wyprowadzono dwie równoważne postacie wskaźnika jakości opisujące końcowe stężenie pożądanego towaru, które mogą być zaimplementowane w przyjętym algorytmie optymalizacyjnym. W obliczeniach optymalizacyjnych poszukiwano trafnego profi lu temperatury i czasu przebywania w reaktorze maksymalizujących stężenie właściwego artykułu.
W obliczeniach optymalizacyjnych analizowano pełny zakres realnych wartości współczynnika dyspersji od reaktora z genialnym wymieszaniem do reaktora z przepływem tłokowym dla najróżniejszych wartości hamiltonianu, który jest tu miarą kosztów inwestycyjnych.
Dla każdego rozważanego typu reakcji chemicznej analizowano także proces izotermiczny zarówno dla zerowych, jak i skończonych wartości hamiltonianu. Dla obu rozważanych procesów, ogrzewania fluidalnego, a także reakcji chemicznych w przepływowym reaktorze rurowym, przedstawiono i przedyskutowano otrzymane wyniki obliczeń optymalizacyjnych.
Przeanalizowano wpływ poszczególnych parametrów na przebieg procesów optymalnych, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu dyspersji.
