ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ВЕРОЯТНОСТНОГО КЛЕТОЧНОГО АВТОМАТА В ГЕТЕРОГЕННОМ КАТАЛИЗЕ 

Варфоломеева В.В., Коныгин С.Б., Саноян А.Г.

Самарский государственный аэрокосмический университетимени академика С.П. Королева

Изменение структуры и перестройки поверхности катализатора во время реакции происходит под влиянием протекающих элементарных физико-химических процессов в поверхностном слое. В гетерогенном катализе такие поверхностные процессы играют существенную роль.

В настоящей работе методом вероятностного клеточного автомата (ВКА) проведено моделирование физико-химических процессов, протекающих на поверхности твердого тела. Применяя метод ВКА можно  рассматривать всю совокупность элементарных процессов, таких как адсорбция и десорбция, большинство химических стадий, фазовые переходы, поверхностная диффузия и т.д., с единой методологической точки зрения, что позволяет исследовать кооперативное поведение всех частиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), входящих в сложную химическую систему. Реализация элементарных физико-химических процессов, приводящих к переходам частиц из одних состояний в другие, происходит в соответствии с локальными вероятностными правилами. Значения вероятностей W могут быть определены на основании рассмотрения термодинамических аспектов элементарных процессов с привлечением статистических методов анализа.

Методом ВКА также осуществлено моделирование процесса кластерообразования в порах катализатора. При моделировании рассматривалась поверхность единичной поры катализатора, для наглядности развернутая в плоскость. Были получены пространственно-временные структуры дезактивированных областей и исследована динамика работы единичной поры во времени. Необходимо отметить, что использование метода вероятностного клеточного автомата позволяет естественным образом учитывать флуктуации процесса зародышеобразования в моделируемой системе.

Разработанная методика моделирования методом вероятностного клеточного автомата позволяет получать данные об изменениях в пористой структуре катализатора в наглядной форме, удобной для дальнейшего использования. Предложенная методика моделирования также применима к многокомпонентным катализаторам, которые, как правило, являются многофазными системами.

Таким образом, нами разработаны алгоритмы моделирования элементарных физико-химических процессов, с использованием которых создана компьютерная программа, реализующая методику моделирования методом вероятностного клеточного автомата.