Введение к работе
Акт^адьность^/роблемы. Растущие потребности народного хозяйства в материалах и продуктах органического синтеза приводят к поиску л разработке высокоэффективных способов ведения процесса с минимальными знерго- и ресурсозатратами.
В последнее время,в связи с возрастающий интересом к реакцион-но-массообменным процессам, в зарубежной ч отечественной литературе все чаще стали появляться публикации, посвященные методам-расчета и исследования совмещенных процессов, т.е. когда в одном и том же аппарате химические превращения веществ осуществляются одновременно с разделением реакционной смеси.
Процесс алюиирования бензола пропиленом является одним из основных в производстве фенола и ацетона купольным методой, т.к он во многом определяет технико-экономические показатели производства в целом. Однако механизм и кинетика указанной выше реакции изучена недостаточно подробно. В частности, не установлен детальный стадийный ыэханиэм реакции алкшшрования на цеолитных и фосфорнокиСлотНых катализаторах, не построены достаточно надежные кинетические модели.
Основным недостатком каталитических систем, синтезированных на основе цеолитов и фосфорных, полифосфорных кислот является низкая селективность реакции по отношению к скорости образования целевого продукта - изопропилбензола (ИПБ), ибо скорости образования ди- и три ИПБ также значительны.
В связи с этим, разработка нового катализатора, лишенного вышеуказанных недостатков, установление механизма кинетики химической реакции н математического его опиоенид, в условиях совместного протекания химической реакции п процесса ректификации, является актуальной задачей.
Диссертационная робота выполнялась в соответствии о координационным планом научно-исследовательский работ АН России по направлению "Теоретические основи химической технологии", проблема 2.27.6.4 -разработка методов моделирования и оптимизации совмещенных процессов.
Уель_работн. Моделирование и оптимизация хеморектификационного процесса алкшшрования бензола пропиленом. Установление механизма кинетики химической реакции на новом катализаторе и его математическое описание. Моделирование каталитического процесса алкилирования бензола пропиленом на зерне алюмосиликатногос катализатора А&~2 с установлением влияния интервалов варьирования температуры, давления и мольного соотношения бензол:пропилен на селективность зерна катализатора. Моделирование промышленного гетерогенно-каталитического
реактора и установление конструктивных и технологических параметров, приводах к интенсификации каталитического процесса. Моделирование совмещенного реакторно-ректификациогшого процесса.
Научная новизна:
I.Предлагается 3 механизма получения ИПБ из бензола и пропилена и их математические модели.
2.Душ оценки констант кинетических моделей предлагается новый метод определения точки минимума функции многих переменных в овражных ситуациях, предусматривающий использование сплайн-функций (кубические и квадратичные).
3.Оценены кинетические константы всех трех конкурирующих кине
тических моделей и осуществлена проверка их адекватности эксперимен
тальным данным.
'. 4.Разработана математическая модель зерна катализатора AS~2
в стационарных и нестационарных режимах эксплуатации гранул для двух типов граничных условий - Дирихле и Неймана с определением внутреннего и внешнего факторов эффективности (степень использования внутренней поверхности катализатора) и также селективности работы зерна катализатора.
Ь.Разработана математическая модель гетерогенно-каталитическо-го реактора алкилирования бензола пропиленом и метод ее решения.
б.Разработана математическая модель совмещенных процессов многокомпонентной ректификации с учетом химической реакции алкилирования бензола пропиленом.
Врактаческад_ЦИНость;_
I .Разработанные математические модели зерна катализатора и ге-терогенно-каталитического реактора реализованы в виде пакета прикладных программ и могут быть использованы исследовательскими и проектными организациями при анализе работы действующих и проектируемых новых промышленных установок получения ИПБ.
^.Предложен новый 3-х секционированный реактор, снабженный алюмосиликатным катализатором А$~2 , позволяющий полное исчерпание пропилена, селективность по ИПБ - 63 %, конверсия по бензолу - 20 %.
З.На основании теоретических и экспериментальных исследований кинетики химической реакции и расчетов по'математическим моделям выбраны оптимальные размеры зерна, высота слоя катализатора, а также режимные параметры ведения процесса.
4.Предложенные в работе результаты анализа с практическими рекомендациями приняты Уфимским рягодом синтетического спирта для возможной реализации в произг.гцгтвс ({ено-чн-ацотона кумо.іьньш методом.
5.Реализация совмещенного процесса с использованием катализатора AS-2 увеличивает производительность в 2. раза в сравнении с фос-форнокислотным, при снижении побочных продуктов в катализате в
15 раз (с 1,5 % до 0,05...0,1 ^снизит*,энергозатраты на 28%
Апробация р_аботы. Результаты работы были доложены на научно-технической конференции молодых ученых и студентов РаТУ им.Д.И.Менделеева (г.Москва 1992г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Математические методы в химии ШЫА-d), Тула, 1993 г.
По теме диссертации подготовлены и сданы в печать 3 статьи и I статья депонирована в ВИНИШ.
Объем работы.. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, общим объемом і?3 страниц (в том числе уіО рисунка, JQ таблиц, список литературы из j / наименований).
Во Введении обоснована актуальность работы, изложено ее содержание, цель и задачи.