Kémiai reakciók irányíthatóságának vizsgálata
A kémiai reakciók irányítása alapját képezi a mai vegyiparnak. A reakciók mechanizmusa, végső kimenetele nagy mértékben függ a reakcióban résztvevő anyagok koncentrációjától, az alkalmazott katalizátortól, illetve a külső környezet hőmérsékletétől, nyomásától. Ezeknek a paramétereknek a megváltoztatásával egyes anyagok esetében az eredetitől eltérő vegyületek keletkezhetnek, illetve reverzibilis reakciók esetén a reakció a kívánt irányba eltolható. Például etanol és tömény kénsav reagáltatásakor 130 °C-on éter, 160 °C-on etilén keletkezik. Az étert például altatószerként használják, míg az etilén fontos vegyipari alapanyag, többek között polietilén előállítására használható. Emellett az etilén a növények érését szabályozó hormon is, így a távolról hajón Európába szállított gyümölcsöket ezzel tudják utólag érlelni.
Bizonyos molekulák dimerizációja vagy polimerizációja is lehet hőmérsékletfüggő. Például a vinil-klorid, a PVC monomere, illetve a metil-metakrilát, a plexi kiindulási anyaga csak alacsony hőmérsékleten tud polimerizálódni, a hőmérséklet emelkedésével monomerjeire bomlik. Ez lehetővé teszi az újrahasznosításukat.
Szerves anyagok elégetésekor az égés általában nem tökéletesen megy végbe, különböző széntartalmú, nagy százalékban aromás vegyületek keletkeznek, amelyek közül számos rákkeltő hatású. Emellett a reakcióban szén-monoxid is keletkezik, ami gátolja a sejtek oxigénfelvételét, így már kis mennyiségben is nagyon ártalmas. Hőmérséklet-szabályozás segítségével a keletkező káros anyagok mennyisége jelentősen lecsökkenthető, a megfelelő hőmérséklet beállításával minimalizálható.
A dolgozatban a reakciók hőmérséklet-szabályozással, illetve koncentráció változtatással való irányíthatóságával foglalkozom. Megvizsgálom, milyen feltételeket kell biztosítani ahhoz, hogy egy kémiai reakciót irányítani lehessen, melyek azok a fő reakciótípusok, amiket ezeknek a paramétereknek a változtatásával irányítani tudunk. A reakciók vizsgálatához Schubert Homogén reakciók kinetikája című könyve szerinti modellt használom, bemenetnek a hőmérséklet, illetve a koncentráció változtatását tekintem. Az irányíthatóság vizsgálatához a Lie-algebra rang feltételét alkalmazom a modellben szereplő egyenletek és a bemenet által generált Lie-algebrára.
szerző
-
Virágh Eszter
Matematikus mesterképzési szak (MSc)
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Tóth János
nyugdíjas egyetemi docens, Analízis Tanszék -
Dr. Drexler Dániel András
adjunktus, Irányítástechnika és Informatika Tanszék