автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Математическое моделирование и оптимальное проектирование энерго- и ресурсосберегающих трубчатых реакторов на примере многоассортиментного производства синтетических красителей

Р Г Б ОД

На правах рукописи

Иванова Ольга Геннадьевна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭНЕРГО-И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТРУБЧАТЫХ РЕАКТОРОВ ПА ПРИМЕРЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов -1996

Работа выполнена на кафедре "Технологическое оборудование и прогрессивные технологии" Тамбовского государственного технического университета.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дворецкий Станислав Иванович, кандидат химических наук, доцент Утробин Николай Павлович

доктор технических наук, профессор Филоненко Юрий Яковлевич кандидат технических наук, доцент Шамкин Валерий Николаевич

Ведущая организация

Российский химико- технологический университет им. Д.И.Менделеева, г. Москва

. Защита состоится . « » г. в

" М "ч." "мин, в ауд № (/.(У на заседании диссертационного совета по присуждению ученой степени кандидата технических наук K064.20.0i при Тамбовском государственном техническом университете по адресу: 392620, г. Тамбов, ул-Ленишрадская, I.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью) просим направлять по адресу: 392620, г. Тамбов, ул. Советская, Юб.ТГТУ, Диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в ¡библиотеке университета.

Автореферат разослан " у /' " /г<С'и?е'}/¿■Л 1996 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Доцент В.М .Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Действующие производства органических полупродуктов и красшслей реализованы исключительно на базе совмещенных технологических схем, оснащенных аппаратам!! периодического дейстзня.Такие производства не соответствуют мировому уровню развития химической технологии и техники и не позволяют производить на уровне мировых спидзргоь синтетические красители . Применяемые з периодических произпотуггааг. згшарати, как правгао объемные реакторы с перевешивающими устройствами, не отвечают современным требованиям по энерго- и ресурсосбережению, экологической безопасности, чаттопгкгедгм сслеЗ гибкого рс&имгри-производства с часто изменяющимися ассортиментом и производительностью. Наконец, периодические процессы плохо управляемы. В первую очередь это касается жндкофазных и сегрегированных процессов тонкого органического синтеза.

Тенденция повышения уровня потребительской культуры в различных отраслях диктует необходимость повышения качествз, стабильности н максимального расширения гаммы цветовых оттенков красителей. Прн этом требуется оперативное удовлетворение запросов потребителей. Все это вместе с зт.пкестктагпгыи определяет ксоо.юдг.мссть сочданиа перенастраиваемых онергоресурсосберкгающич производит органических полупродуктов н красителей пысокоЙ экологической чистоты, способных в кратчайшие сроки удовлетворить с гарантийной исрсдиостыо самые разнообразные требования по цветс.г.сму тону, оттенкам, красящей способности, цвете- и термостойкости, укрыпне-тостн, прочности к растворишмч н др.

Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка кред-люгенных в диссертации алгоритмов проехтировання энерго- и ресурсосберегающих малогабаритных трубчатых' реакторов пронзводаза синтетических красителей, разработка на базе этих реакторов непрерывней технолога:: синтеза асокрзснтеясЛ имеют гктуапьное научное и кайодко-хоэтнстзеннос г.клч'-ннс.

Дисссргационн&я рабога выполнялась в соответствии с Координационным планом научно-исследовательских работ РАН по направлению 2.27 "Теоретические основы химической технологии" из 199! -1995 гг. (раздел 2,27,5.2. Моп?ли«ч>??янда химнчес^к пргчгессс? " ргк:-торо:-., раздел 2.?~.5.5. Создание реакторов для химических процессов ). и, региональным планом 1«уию-иссясловзтсльских работ "БУЗ - ЧЕРНОЗЕМЬЕ" иг !?95 - !997 тт.

Цель работы. Целью настоящей работы является создание экономичных алгоритмов оптимального проектирования процессов и аппаратов химической технологии в условиях частичной неопределенности исходной информации, а также создание высокоэффективных энерго- и ресурсосберегающих трубчатых аппаратов тонкого органического синтеза, допускающих возможность оперативной перестройки своей структуры и режимов функционирования в соответствии с требованиями потребителей по ассортименту и качеству выпускаемой продукции; исследование эффективности функционирования блочно-модульных трубчатых реакторов в опытно-промышленных условиях многоассортимекг-ного производства синтетических красителей.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• разработка алгоритма оптимального проектирования трубчатых реакторов тонкого органического синтеза в условиях частичной неопределенности исходной информации;

' • построение экспериментально-аналитическим методом математического описания сегрегированных процессов тонкого органического синтеза, осуществляемых в трубчатых реакторах;

• исследование технологических режимов и эффективности функционирования трубчатых реакторов тонкого органического синтеза методом математического моделирования;

• проектирование и экспериментальные исследования энерго- и ресурсосберегающих опытно-промышленных трубчатых реакторов тонкого органического синтеза;

• разработка непрерывной технологии синтеза азокрасителей на базе малогабаритных энерго- и ресурсосберегающих реакторов трубчатого типа.

Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования , теории исследования операций, теории планирования эксперимента и математической статистики, теории оптимизации и экспериментальные методы исследований.

Научная новизна. На базе теории А-задач и высокоэффективного метода последовательного квадратичного программирования разрабо-и алгоритм оптимального проектирования энерго- и ресурсосберегающих трубчатых реакторов тонкого органического синтеза в условиях частичной неопределенности исходной информации.

Для целей проектирования трубчатых реакторов разработаны математические модели (имитационная и детерминированная) сегрегированных процессов тонкого органического синтеза и, в частности,

процесса диазотирования, описывающие-совмещенные процессы мас-

со- и теплопереноса, химического взаимодействия и гидродинамики.

С »елью проверки результатов проектирована н подтверждения эффективности работы трубчатых реакторов проведены экспериментальные исследования непрерывного процесса диазотирования в опытно-промышленных условиях.

Синтезированы промышленные конструкции энерго- и ресурсосберегающих блочко-модульпых реакторов диазотирования плл ыпогоассортиментного производства азокрасителей.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментатор*!?! пеея?даяят:й поззегаза» создать :-:::рго- ч ргсурсссбсрс-гающие малогабаритные трубчатые реакторы для осуществления сегрегированных процессов тонкого органического синтеза, которые могут быть использованы с высокой эффективностью в гибких автоматизированных производствах синтетических красителей и других производствах малотоннажной химии. .

Разработанные экономичные алгоритмы и программы могут быть использованы при оптимальном проектировании энерго- и ресурсосберегающих процессов и аппаратов химической технологии в усло-"астгмчной неопределенности исходной информации.

Предложенные в работ; энерго- и ресурсосберегающие блочно-модульные реакторы диазотирования прошли испытания в опытно-промышленных условиях и могут быть распространены на другие сегрегированные процессы производств органических полупродуктов и красителей.

перименталькых работ внедрены в Тамбовском АО "Пигмент".

Практическое внедрение опытно-промышленных образцов блоч-но-модульных реакторов диазотирования в производстве азопигментов подтвердило правильность основных конструктивных и технологиче-а~ла решении, принятых при их разработке. Пигменты, полученные по нсгф*;оъ;тшоГ; технологии в трубчатых реакторах, соответствуют по колористическим параметрам мировым стандартам.

Результаты исследований широко используются в учебном процессе при подготовке специалистов по машинам и аппаратам химически» и нищерых производств, гиб"км производственным системам.

Осног-ныс ргзульгаты диссертационной работы докладывались и обстаязднРЬ На 3-ей и 4-ой научно-технических хок&гоеншсэс "Проблемы химия и химической технологии" (гЗоронек, 1995 г., г.Тамбов, 1996 г,), I! (1995 г.) и III (1996 гЛпзучпо-

технических конференциях Тамбовского государственного технического университета.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 6 публикациях.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется цель работы и основные задачи исследования, обосновываются актуальность и научная новизна работы, излагаются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проанализированы особенности анилинокрасоч-ных производств, основными из которых являются периодический способ производства, обширные диапазоны по объему выпуска и номенклатура продукции; многостадийность производства; низкий выход целевых продуктов из-за большого числа гобочных реакций; мобильность ассортимента, обусловленная новыми объектами крашения, новыми областями применения, новыми способами крашения, также из- . менениями моды и вкусов, ужесточениями экологических требований. Отмечено, что развитие производства полупродуктов и красителей в последние годы сопровождается укрупнением мощностей. Так, многие фирмы Западной Европы совместно создают крупные установки для производства полупродуктов и красителей, позволяющие применять прогрессивную непрерывную технологию и автоматизированное производство на базе ЭВМ.

Важное место в этом разделе занимает обзор основных направлений исследований в области математического моделирования и оптимального проектирования установок тонкого органического синтеза. Анализ показывает, что известные математические модели синтеза красителей не учитывают такие важные аспекты технологического процесса как сегрегированность среды, совмещенность процессов массо- и теплопереноса с химическими реакциями, сложность механизма химических реакций, что существенно снижает точность и надежность моделей при их использовании в проектировании технологических установок.

Кроме того, традиционные метода! проектирования технологических установок ориентируются на некоторые усредненные значения входных переменных и внутренних параметров установки, что часто является причиной крупных просчетов при проектировании, во-первых, из-за недостаточной изученности процесса, во-вторых, из-за

S3 — л:-*

Ъ ггср >: ; спрс-^-гс.^ napiKsrpns, с, s H. Z= Щ | <£<£}.

Eer-'rrt-r'íf угггвтг? (2) оззачсгг, что .роктгрс-ь^-

киг прехг^гпз х?:сстг> sabana гггтсрл ç из зсггтгаоЯ с&вслг 2, з -ом л -(по стп-оглеттсэ s эу.фпгтгз-

гсгта угетггги). Проаетргаганпе угтггагкн ?»

rr r^rr-r^r г íwsowt?/^ зспасу техкячг-

Я-í-ÍÍ тжжтн A-cszeu. npci.

гертжлгнтйстс з yesesass r-ssnptzs^cnnocra ягфгрш.-

7> »sfr<ricr4fgrni ташсгзгнлз уссвлз !«• j м

В такой ..остановке проектирование осуществляется на наиболее часто повторяющиеся на практике значения внешних и внутренних неопределенных параметров. В случае имеющейся информации о плотности распределения с, получаем при проектировании вполне обоснованный наименьший запас технического ресурса установки, а оптимальный режим функционирования установки выбирается одновременно с определением конструктивных параметров, что обеспечивает минимальный уровень энерго- и ресурсосбережения.

Решение задачи (3), (4), также как и (1), (2) прямыми методами не предстазляется возможным из-за большого объема вычислений, связанных с высокой размерностью задачи и необходимостью вычисления Ег{»} и Bepi[*J. Теория А-задач позволяет сводить вероятностную задачу (3), (4) к последовательности детерминированных задач оптимизации для решения которых разработаны эффективные численные методы.

Разработанная процедура предполаг-ет использование двух моделей "имитационной" y=3(d,u,£,), служащей для проверки вероятности выполнения технологических ограничений, н обычной детерминированной модели y=M(d,u), используемой для решения А-задач. Задача оптимального гарантийного проектирования заключается в следующем: необходимо найти A*={ai, ад,..., Оа), при котором

А* = aigmia m(A) (5)

А

при выполнении условий

Вер{Т; (4а, и/„у) < ОI y=3(dA, uA, l) } > ß (6)

где m(A), н ua определяются алгоритмически:

(dA, ua) - arg min I(d, u, y), (7)

diD.ueU

при связях у = M(d, u). (8)

и ограничениях

4ij(dA.UA,y)iOj (9)

При этом

tn(A) = l(dA, UA, M(dA, uA))-Решение задачи оптимального гарантийного проектирования сводится к многократному решению задачи (5)-(9) и проверке достаточности вероятности выполнения технологических ограничений по условию (6), в котором работает имитационная модель 3. Доказано, что при выполнении определенных соотношений между этими моделями, особая для каждого вида соотношений конструкция А-задач позволяет с помощью процедуры дзухмодельного оптимального проектирования оперативно находить решение задачи (3), (4).

разрабатывается математическое описание трубчатого реактора «»азотирования, проводятся экспс-римснталькыг нс-сягдоэдия непрерывного процесса диажлировямк!» п' мзтвмаппсск&с мд.-гелйрогагже этого процесса на ЭВМ

,Цл,; изучения зз:-гонсмгрногтш процесса д>'азотирования на Сазе малогабаритного трубчатого реаггорз была спроектирована к изго-топяенл П!«ха эухперим^нталыгая установка получения пигментов по ыспргрыглоЗ технологии. В ходе экспериментальных исследований было усп»иот»Т№о, тго процесс ;ц;гзогнров;-.!г<м с достаточным оснупун);-

гусугуо слнеслн к емрггировгнпым хпгличеглмч! процессам, г-;;; ■■> '/с.т'л сыплет аьызудака' зьердые частицы амина, а совокупность частиц з питании реакторной системы х я р> {^»•¡¡»¿мьдени« »•* «п

со специалистами МНПО "НИОПИК" Брюскс ЯЗ., Барановым Б .А. и сотрудником ТИХМа Кудрявцевым А.М. нсслсдо-пак механизм процесс?. ; и 1 аз о'п: р оз а я пя. Изучена кинетика массооб-мекиых процессов и химических взаимодействий, протекающих при дказотированнн ( см. табл. {}• Вид кинетических уравнений и значения входящих в них констант приведены в табл. 2.

Коэффициент массоотдачи зависит от температуры и р .змера (радиуса г) частицы. Эта зависимость надет вид:

Л :• .'V. ~ - сгл-л. - чперп;;! пкптацни р:!слюрлпуу л луллууу г: услслуну уралнг;;;'-? р.: стал с л;: л: лллуулл: у: ■ . л;У улл.лл улл:о гл;у<ьл нрл рлулиуууу !:м;л.л; г- ;\-..ч.

. лл;у; ■ Л; л с. оиртуллуллс!, из условия

¡:,.:15-А|- - ¡1---------------Ж

мчо А:

:Х

:.;• - -улл:'. :;. л.лулср;: ,:илс^л п;. суу:-ггу в мс лглленл .¡.>-

. лл-л ; л:.лл;:;улул л '.но; М (А;, е., Е; -л о полуусаное расчетным путем.

В—гг-~7т:: г. у ' услы елс-ууллип улуугул лглклллг :

л -г -'.ОС'"!- ¡О'-, 1» " и^^ол «тематическая модель процесса диазотнроваши в трубчатом реакторе включает уравнения хннсттси растворения (10) и уру> иекия ¡п-.'скетн гранулометрического состава по длине ргахгора (11), поког,(понентт5пгг> "^"'"^"•'".'гт.нсгп бт-ТГ-пез :стогого езланел

; 15: у.у'лл;,.

Пани-.5 :::■:.л ■-..;.'¡.ал .МС'Д-УУ^ ¡^¿¿¿¿йияцт ¿ойоН ешагему нсли-р^У.п.гк уравнений, ¡;си!~!Щ4 которой разрасо-

тан численный алгоритм с использованием высокоэффагпшного метода Дормана - Принса.

Математическая модель процесса диазотировашш в трубчатом реакторе

Таблица 1

Схска савтеза Матсиатпчесхая моя«:*

[/ЧгКНг^-^АгКНг £ = = -А,г* «яцКЕ, / ЮГ)(с; - сА) / рА; <Й 1<0) = 1ь; (Ю) тл) = ^ Э V+^ Зчг, = ИИ) а Эг ■ дт

ИаЖЬ+НС! > 3 НЖ>2 + КаС1 лг>ш2 + гою2+на -^АгШа+ЗНгО ЗНМОг —^->2КО + НКОз -г + НгО АгМгС1 + НН02 -^Ч-АгМгС! «г Л Ш О 0,(0) = ОГ; (12) -У/2(сА.с2,с3.Т)51р; ~ = = сГСГ; (14)

И 1 А1 РхСрхУг^ = -^К(Т£-Тст) Т,(0 )»ТЛ

где 1 - текущая хоордаката даааы реактора, и; 1 - греыя, с; УЛ - скорости растворения (¡=1) н хвначгеккх ргаказв ( 1=2,3,4, 5, 6); Т - теапература, К; 8. - упкаср-сальпая газовая постоянная; р&, Мл - плотность в иолег,ударная иассг аинна, кг/н3, кг/кооп.; Ль а - консгааты ураваеяял растворенья; Е) - энергия активации растворения, хДж/моль; С, в!. СЫ - расходы жядкон я твердой фазы солянокислой суспситаи аыина и нитрата ватркз, сотаетствеапо, к'/с; 5и - символ, принимающий значение 0 или ±1 а соответствий со сягкой реакция диазотироваяия; ^"(гм)- гранулометрический состав реакционной массы в суспешин аывна а пкта-нкк реактора; (1* - когффацкеат массоотдача при растаорениа твердой фазы амина, и/с; 1)/(г, 1) - веноринровааная цдотность распределена« члета частиц аыина по размеру, шт/ккн; ^ • площадь воперечного сечеаяя трубы реактора, к2.

Адекватность математической модели процесса диазотирования в трубчатом реакторе установлена по экспериментальным данным, полученным на лабораторной уетаяозкг в состагтстайи' ¿'методикой проф. Богоова В. И.

Целью дальнейших вычислительны* экспериментов стало иссле-доваитг статических режимов процесса диазотирования в трубчатом реактора, определение наиболее значимых управляющих I! возмущающе воздействий, построение допустимой области изменения режимных параметров. В ходе экспериментальных исследований было выявлено, что наиболее существенное влияние нз значение качественных показателей процесса диазотирования в трубчатом реакторе оказывает температур« регястспиой цгссы а аппарате и количество дч-¿золшующ&'о агент», подаваемого 2 первою секцию реахтора (рис. к 2). Ярко выраженный экстремальный характер приведенных зависимостей, их большая крутизна значительно сужают допустимый диапазон изменения э*их управляющих параметров и делают необходимым их стабилизацию при проведении технологического процесса. Моделирование статических режимов диазотирования в трубчатом реакторе позволило также выявить влияние, оказьгаземое на качественные показатели процесса начальной концентрации и гранулометрического состава амина, общей длины реакторной системы, я.-адимисго точсс Езода ятр?гга натрия з аппарат ятгазотировання.

Т^блипз 2

Киягтическив хонстакгы яэаагсец диаго-пщоза: щя_____

I >"51 -з гвхе урдожже pia.ii 55 Пу-жэксаокетгадит^'-шй '435ЖВТЫК., ('иу)* ' /иСЮР"' • С Эщпкч зк-.-п- 1 гадки. -г

^ЛгМШ] рШСЬ] о 175-105 45.3: 10'- 1

IV/. = -ълнмо,]4 4 ".17-10г,/(9.8М<Н)2 !!/,б5-!?;

! \\\ - - 'л ГАгМгСГ! ПШО:] 2

- Ь ГАгН:С1] ! 87.15-10» !

Анал;;;) результатов экгпгрчиеьтлль?»ьи; исследована;! позг-о.;.--^; .•.■.ел.-гл следующие выводы:

- процесс диазотирования протекает в диффузионно-кинетической области;

- скорость реакции. диазотирования значительно (на порядок) увеличивается прн активизации поверхности частиц амина с слешалк-ном устройстве-активаторе (дезинтеграторе Хинта);

- скорость разложения дпйзосоедннекня имеет максимум в слабощелочной области, а порядок реакции меняется с первого ча втор.»;! при переходе от кислой среды к щелочной;

.згзкклуосгь еьеходзых параметров процесса дзаюхарова-каз ог теазграгури в реакторе;

О-К , О - п - реактор, ссскмвыий га «0 омо^хй оост&ггций ю 30 спады

Рас.1 Згзксваосгь еьеходзых пава- 2 Зазгсзкость иияодаых пара-

метров процесса ЕвазоифЬаа-изя от гояз'зеаьа ввтрнта иат-рпя, подаваемого в вергую сск-цею реактора:

О-К , □ - п

- - реактор, состоящий кз 40 секций

..... -реактор,оэетещийизЗОеаоий

- на устой ч»шость диазосогднненкй отрицательно влияет большой избыток азотистой кислоты в зоне реакции, что предопределяет необходимость распределения подачи нитрита натрия по длине реактора;

- увеличение времени пребывания реакционной массы в аппарате приводит к необходимости снижения температуры и концентрации азотистой кислоты для поддержания максимального выхода дназоеоеди-нення;

- снижение требований по содержанию тгзссълап. в диазерастворе на выхедг из аппарата с 03 % до 03 % приводит к значительному увеличению выхода цглевого- продукта за счет снижения проскока твердой фазы амнна.

- для обеспечения высокой степени превращена исходного сырья и выполнения регламентных ограничений необходимо'провод:ггь процесс при равномерном количественном распределении шггркта натрия по трубчатым модулям, а сам ввод осуц;ествлять также равномерно по первьп.! 2/3 длины реактора.

- обоснована целесообразность постановки задачи оптимизации релЗ!моа диазотирования.

В четвертой глава на основе проведенных теоретических исследований и экспериментальных работ форматируется к решается задача гарантийного проектирования высокопроизводитгльной зигрго- и ресурсосберегающей установки дназотирогания ароматических аминов

! О.

I!

а

ДО рт 11Ш

Т1Т|Т

111 ц

и и I

а,

I 8

ня базе малогабарЁГГното труочатого реактора (рис. 3), состоящей нз оттгель-

чыд секций вертикальных труб 1, по-

сле довзгелъкс

соединенны;'.

С*.

У

переточ-

:шмк труЬггмя 2. спзбжгнных штунера-Я дня подвода исходных реагентов и

4

!Н ■

Ряс. 3 Аппарат трубчатого типа

статическими 4, улуч-

шающими перемешивание раствора ди-азотнруюшего агента с основным потоком реакционной массы. Кроме того, испочьтсшччие яппарат3 т?кон кон-ехрукиии пояйоняет подключать дополнительные или отключать "лишние1' секции в связи с необходимостью изменения размеров реактора.

Конструктивными параметрами проектируемого трубчатого реактора являются габариты модуля и их число, технологическими управляющими переменными - температурный профиль и распределение подачи нитрита натрия по реактора. При прогкгШрою»ш реактора ~исзотг.гс-ь_н::к ггрппопкгзли, что неопределенными параметрами ::вляктгех ?«иня (Сл" ). дасперпчость "мина (г. с; ), обшии расход ;гпр::г: (О-.*"1) п пггтепни гс;;:аор;г и уонстймг.о

дизтссс4дчиени-л (к':;, У'л',, г_\ Н?}. Ожидаемые тг-•елокен:.:, от '¡хпй^льтл:: ж-опредгленных одра метро;? -по-

нимали -леггными т (2.5%!.

0;т:ч:-:н'1Ч.';и;<, тьтолнедае которых сбеспеткггет ре.оегоепосоо-геегь усг.ч\<хгог ;г?азоткроЕг.;гкл й их таологчческу.с оегду.^сностс, имеют вид:

М>{<5) = ЮООттттгаг.тг. /гсд:

> 93

•яр?(Оля-- «= 7 + ¡4 моль; м- } г 0.9; ! 16)

Вер,. {Пх< 0.5%} 2:0.9;

Вер%{ П„ 2 03% } > 0.9 Имитэд;!"я !?еопредспснных параметров из различных диапазонов осухкеязияязсь с помощью генератора случайных чисел ь р^г,номерным законом распр?деления. Количество экспериментов подбиралось опытный путг:»/ кз соображении несущественного изменения знзчен-лн г^сроятноспз при двукратном увеличении числа экспериментов (оно было принято равным 200).

ладста ssasssSnaro грсграыкирсзгл115 pseazsca vesccsx sogs-г^гргкш^рацггзз?. : zzzs-ZÍ: опзнызгькгго грэгкзгроз^пу: jrrc-

яагж ;зцг»зооавькзя ггюпвгдазсвыюпыз 2DDD т/ тел £ «аккэдгг-

SlblB-rtlS;!. 2. Ь ХЯЕГ^сЗ íySSiHHSpiiKiKST^S

•sraHcib^ryímiE зукяжм - лгзэдакьа sggau, хкзеяавггвг .хпргтьз

BE ci.tp=¿. -и -tr-jjçr; ■•:.

■С '^.XSiSiZZ

"Y'T i'*"': 'f'T^ ?.'. —

Oü SVSÏTCi: rSC3T?Cïîr

0—SC i:sq Ъ=3 зг

С—f.:- г:

3-3

SOLS so;

S4 i

54 5-1

213 U

31o

' tu:-

r-irr:'

:K J-bsskkís:» KKGZ: ¿r. кг !D ¿¿л. rnpzi—-^yzzzz

да iísít: ics^íísa^s (кг ¿гггзгзэвг) zsiss

£ •ззуЕжггто рееггорг г

: з:

Slr'rii KZZUZnLÔZpînHLBC-îp^'DSErbrK ркЦЗЭООЗ ГРР^Ь-

; сдгуспз гзс^тсг - дегэгэсгь-жжг _ ~iíta -ä 23 5b, jurrbzcisascn,указааггег s 5 - iO ~¿íz (п.; ; ссгскзхь^г рггегорзу зарзхкчажа:

i2 и srqprsss

_ - блзчно типа.

что сбоспечитст зысокуто

•:и-лохы и бгхшаеност *•«• ноаогмчссксгв процесса. Трубчатые аппараты вообще не имгтот специальных перемешивающих уст-ро-Лети, »по приводит экономка олектрс-мсрпш.

Наконец, блочно - моД т «Ш11 t>tV ^nu«kvf/iíi/lv ••• "

ct¿:.:l¡ тру5->ггсго г«:пг. позволяют получать на одной технологической схеме широкий ассортимент синтетических красителей по непрерывной технологии.

Имитационное моделирование блочно-модульных реакторных установок диазотирсвания с модулями трубчатого типа и работающих в режимах идеального зытеснечня и "степени'' неопределенности на-

гл к*

Ркс.4 Влияние степепл неопределенности негодной нифориацни па показателя эффективности функционирования установки дгазотирования

* • K(AJ; Д- о ■ П3(г^г, !■■ - блочно-цодульный аппарат типа "ц&рга*

аппарат тр^^чат^о

чзрга-тарелхз смещения, позволило оценить влияние раметров математических молелен на результаты решения задачи гарантийного оптимального проектирования (рис. 1). Как видно из рисунка, турбулентный реазстор трубчатого топа помимо вышеперечисленных достоинств ^енее других чушдтпгтелЕН к неточности знания внутренних и внешних параметров.

Вышеперечисленные преимущества блочно-модульиого трубчатого реактора перся реактором с?.лс:;::;?п.~ п.ггргтгп оплг.тонгло роль при разработке у?лд диазотирог.ання тех!юяог ическон установки непрерывного синтеза азопишекгоа алого лакокрасочного и желтого светопрочного (рис. 5).

Исходным сырьем для производства этих марок азопигментов служит 3-н«тпо-4-аминотолуол, солянокислая суспензия которого при; отоплялась з епплрат? 3.' Прелазр^ггсльио суспензия амина пролога:::.! обработку на зезиитегрзюре типа УДА (поз.2). В ссюгьетазии с ра-> рзботглтпой тсхпслогпсЯ солянокислая суспензия амииа подавалась в труочать.'й реактор диазотнровамня 5. В этот же реактор из емкости 4 подавался, распределяло. по даше, ра.с:вср ¡лпрпта :шр4!Я. Реакция

Cjcsnswj

шипя 1

СуепсззЕЯ

гггеята !

Рис.5 Технологическая схема получения азопкгмептов по непрерывной технологии

диазотирования осуществлялась в адиабатическом режиме при турбулентном характере потока реакционной массы в-трубчатом, реакторе.Получаемое диззоеседиисиие проходило очистку с помощью центрифуг 6,7 и поступало в реакторы сочетания 8,9, Ь одном из которых б результате реакции с р-нафтолом образуется пигмеит алый, з в другом при взаимодействии с анилндом ацетилухсусной хислоты • пигмент желтый.

Математическое моделирование и экспериментальные исследования опытной установка синтеза азопигаентов по- непрерывной технологии подтвердили высокую эффективность функционирования трубчатых рсакторог и птебходичоеть предварнгаькей зхтнвизячии поверхности частиц амина з специальных устройствах - актив-агорах. было установлено, что при диазотировании З-нитро-4-аминотолуола в режиме, близком к оптимальному, необходимость в очистке диазосое-динения после реактора диазотирования отпадает.

Наработанные в результате экспериментов на опытной установке пигменты алый лакокрасочный и желтый светопрочный успешно прошли комплексные испытания на соответствие своих колористических показателей типовым образцам.

ВЫВОДЫ

1. Проведены экспериментальные исследования кинетики процесса растворения и диазотирования З-нигро-4-ажкотолуола. Получено оригинальное уравнение растворения амина, учитывающее полидисперсность частиц и определены кинетические константы растворения.

2. Разработаны детерминированная и имитационная математические модели процесса диазотирования, учитывающие совмещенные процессы тепло- и массообмена и химическое взаимодействие и предназначенные для оптимального проектирования трубчатых реакторов многоассортиментного производства красителей.

3. Установлена адекватность детерминированной математической модели. Проведены исследования статических режимов процесса диа-ю-тирования, позволившие определить допустимые режимы функционирования малогабаритного трубчатого реактора.

4. Разработаны методика и алгор1ггм оптимального проектирования 7-норго- и ресурсосберегающих высокопроизводительных трубчатых реакторов з условных частичной пеопределениости исходной информации.

5. Предложен новый подход к решению задачи стохастического программирования при проектировании процессов н аппаратов хими-

ческой технологии с использованием вероятностной и детерминированной математических моделей.

6. Выполнена конструктивная разработка промышленного образца трубчатого реактора диазотировання.

7. Спроектированы промышленные реакторные системы диазотировання производительностью 500,800,1000,1500,3500 т/год.

8. Разработана непрерывная технология н технологическая установка непрерывного производства азопигментов на базе малогабаритных энерго- и ресурсосберегающих трубчатых реакторов.

Основные материалы, отраясающие результаты диссертационной работы, изложены в следующих публикациях:

1.Бодров В.И., Дворецкий С-И., Иванова О.Г. Оптимальное проектирование энергоресурсосберегающих процессов и аппаратов, (на примере производства синтетических красителей) //Вестник ТГТУ.-1996.-ТЛ.Ла 1-2.-C.2S-35.

2. Дворецкий С.И., Майстренко A.B., Иванова О.Г., Колонтай А.Г. Разработка энергоресурсосберегающих высокопроизводительных технологий производства органических полупродуктов и красителей //Тез. докл. IIl-ей регион, науч.-тсхн. конф. 'il I У.-Тамбов, 1996. - С. 147

3. Майстренко A.B., Иванова О .Г., Беляев C.B. Оптимизация непрерывного процесса диазотировання в реакторе трубного типа //Проблемы химии и химической технологии: Тез. дохл. III-ей регион, науч.-тсхн. конф. - Вороню;:, i 995. - С. 36-37

4. Майстренко A.B., Иванова О.Г. Моделирование и расчет на ЭВМ сегрегированных процессов и гибких реакторных систем химической технологии /Тамб. ин-т хим. машиностроения. - Тамбов, 1993. -76 с. - Деп. в ВИНИТИ J& 1185-1393,05.05.93.

5. Майстренко A.B., Иванова О.Г. Разработка гибкой автоматизированной пилотной установки для исследования процессов синтеза органических полупродуктов и красителей /Тамб. ин-т хим. машиностроения.-Тамбов, 1993- 21 е.-Деп.в ВИНИТИ № 120Ы393,06.05.93.

6. Дворецкий С Ii., Майстренко А .В., Иванова О.Г.Новые экерго-н ресурсосберегающие высокопроизводительные технологии в производстве синтетических красителей на основе малогабаритных турбулентных реакторов //Проблемы химии и химической технологии: Тез. докл. IV-ой регион, науч.-техн. конф. - Тамбов, ТГУ им. Г.Р. Державина, 1996. -С.77-78.