Введение к работе
Актуальность проблеми. Возрастающие потребности автомобильного транспорта в странах Еьропы. -Юго-Восточной Азии и Северной Америки" в "экологически чистых, неэтплированных высокооктановых бензинах, содержащих в своем составе метилтретбутшювый или э'шлтретамиловый эфиры, а также в химической и нефтехимической промышленности перечисленных выше стран в метаноле и высших спиртах, используемых в качестве растворителей, пластификаторов и полупродуктов в синтезах Формальдегида, метилэтилкетона, мономеров нефтехимических синтезов органических кислот, аминов и т.п. настоятельно требуют разработки новых интенсивных технологий синтеза спиртов. В отсм отношении процесс одностадийного синтеза метанола и высших спиртов на модифицированных цинкхромовых катализаторах является весьма перспективным, так как позволяет в зависимости от конъюктуры рынка получать на одинаковом оборудовании либо, в основном, метанол, либо высшие спирты.
Решение задачи проектирования новых, сложных химических производств получения спиртов невозможно без системного глубокого изучения основных физико-химических явлений, протекающих в промышленных каталитических реакторах с целью построения математических моделей отдельных иерархических уровней исследуемой системы. Причем последние должны обладать высокой надежностью и прог -позирующей способности е широком интервале изменения технологических параметров процесса и состава сырья. По моделям проводятся расчеты конструктивных параметров оборудования и режимов их про -мншленноП эксплуатации, а также оцениваются различные варианты аппаратурного оформления процесса синтеза спиртов с выбором наилучшего из них.
Цель работы. Основной целью настоящей работы явилась разработка общих методов автоматизированного построения кинетических моделей сложных многомаршрутных реакций и общих мегидоь определения множественности стационарных состояний работы адиабатических реакторов, а также их практическое использование для расчета аппаратурного оформления нового промышленного процесса синтеза метанола и высших спиртов.
При решении указанных выше проблем рассматривались следущие задачи:
1. Построение сложной многимаршрушои реакции синтеза мета-
нола и высших спиртов.
-
Построение модели зерна катализатора процесса синтеза спиртов.
-
Построение модели многосекционного адиабатического реактора.
-
Расчет конструктивных параметров и режимов работы промышленного реактора производительностью 8 т/час по алифатическим спиртам.
Научная новизна работы. Разработан общий метод построения на ЭВМ сложных многомаршрутных химических реакций синтеза метанола и высших спиртов для различных классов гетерогенных катализаторов. Разработан новый метод установления множественности стационарных состояний работы адиабатических реакторов при протекании в них одно- и многомаршрутных каталитических реакций. Последний позволяет определить множественность стационарных решений уравнений адиабатического реактора для одномаршрутных реакций без использования методов минимизации функций невязок от граничных условий. Для многома'ршрутных реакций поиск стационарных решений осуществляется в пространствах размерности существенно меньших, чем для исходной задачи.
Показана эффективность разработанного метода в сравнении с известными при решении практических задач.
Установлен.двухцентровой гидроконденсационный механизм реакции совместного синтеза метанола и высших алифатических спиртов на высокотемпературном цинкхромкадиевом катализаторе. Построена кинетичская модель этой реакции и оценены по экспериментальным данным кинетические константы. Показана адекватность модели эксперименту.
Создана модель -многосекционного адиабатического реактора синтеза спиртов, позволяющая рассчитать режимы работы промышленного реактора в широком диапазоне изменения технологических параметров.
Практическая ценность работа. Проведен технологический расчет нового процесса синтеза метанола и высших спиртов. Построена модель зррна катализатора. Оценены величины межфазовых потоков и факторов эффективности для ключевых веществ и итоговых уравнений маршрутов. Рассчитаны конструїсцни .промышленного реактора и режимы его эксплуатации.
Результаты работы положены в основу технологического регламента на проектирование промышленного многосекционного адиабатического реактора производительностьи бОтыс.т/год по сырью.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, трех глав и выводов. Список. используемой литературы содержит источники 199 наименований.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены ц обсуждены на Международной конференции "Методы кибенетики в химии и химической технологии", Москва, 1994г., "Математические методы в химии", Тула, 1993г. "Математические методы, в химии".Тверь. 1995г.
Публикации. По материалам диссертации находится в печати 1 статья и опубликованы тезисы 3-х докладов.