автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Математическое моделирование и оптимизация газо-жидкостных реакторов (на примере процесса синтеза гидроксиламиндисульфоната в производстве капролактама)

РГ8 ОД

На правах рукописи

2 3 ИЮН «97

БАТИХА МАРУАН МОХЛММАД

математическое моделирование и оптимизация газо-жидкостных

реакторов

(НА ПРИМЕРЕ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА ГИДРОКСИЛАМИНДИСУЛЬФОНАТА В ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальность 05.17.08— Процессы и аппараты химической технологии

КАПРОЛАКТАМА)

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1997

Работа выполнена на кафедре технической кибернетики и автоматики Ивановской государственной химико-технологической академии.

Научный руководитель —

кандидат технических наук, доцент Лабутин А. Н. Научный консультант —

академик Международной Инженерной академии, доктор технических наук, профессор Гордеев Л. С.

Официальные оппоненты:

чл.-корр. академии Инженерных наук РФ, доктор технических наук, профессор Блиничсв В. Н.,

академик академии Технологических наук РФ, доктор технических наук, профессор Мешалкин В. П.

Ведущая организация —

Московская государственная академия химического машиностроения (г. Москва).

Защита состоится « \}0. » . . . . 1997 г.

в М часов на заседании специализированного совета К 063.11.02. по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Ивановской государственной химико-технологической академии по адресу: 153400, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, д. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТА.

Автореферат разослан » . . . 1997 г.

4 0 °°

1 V: и;

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Газо-жидкостные химические реакции чрезвычайно широко используются в технологии органического и неорганического синтеза для получения различных продуктов. Характерной особенностью многих процессов является то, что газообразная фаза, подаваемая в реактор, целиком состоит из поглощаемого реагента, реакция протекает в объеме жидкой фазы, в которой и находятся образовавшиеся продукты. Примером гало-жидкостного процесса такого типа является процесс синтеза гидроксиламиндисульфоната (ГАДС) из нитрита натрия, бисульфита аммония и сернистого ангидрида в производстве капролактама по фенольной схеме.

Химические реакторы, в которых реализуются реакции рассматриваемого типа, являются одним из самых важных технологических узлов. В частности, рациональное аппаратурно-технологическое оформление реакторного узла синтеза ГАДС, являющегося начальной стадией в производстве капролактама, во многом определяет показатели качества конечного продукта и в значительной степени определяет эффективность функционирования производства в целом.

Решение задачи режимной и аппаратурно-технологической оптимизации газо-жидкостных реакторов возможно только с применением метода математического моделирования на ЭВМ с учетом характерных особенностей процессов.

Таким образом, сложность и многостадийность газо-жидкостного взаимодействия с одной стороны и широкое распространение рассматриваемых процессов в химической промышленности с другой стороны обусловливают актуальность задачи "математическое моделирование и оптимизация реакторного узла с газо-жидкостными реакциями".

Цель работы. Целью диссертации, является оптимизация аппара-турно-технологического оформления реакторного узла для проведения газо-жидкостных реакций при подаче газообразного реагента в аппарат з чистом виде без газа-носителя на примере синтеза ГАДС. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие частные задачи: 1. Проведение анализа информации литературных источников по вопросам использования н моделирования газо-жидкостных реакторов;

2. Исследование кинетических закономерностей процесса растворения сернистного ангидрида и разработка математической модели кинетики реакции;

3. Анализ вариантой аппаратурного оформления газо-жидкостного процесса синтеза ГАДС на базе имеющегося в производстве оборудования и выбор оптимального варианта;

4. Разработка перспективного аппаратурного оформления реакторного узла синтеза ГАДС;

5. Разработка математического, и программно-алгоритмического обеспечения для моделирования и оптимизации исследуемого объекта.

Методы исследований. В работе использованы методология и математический аппарат системного анализа физико-химических систем, методы моделирования и оптимизации процессов. Программно-алгоритмическое обеспечение реализовано на ПЭВМ.

Научная нопнзна.

- Предложен стадийный механизм процесса хемосорбции SO2 (без газа.. носителя) в жидкой фазе и варианты математической модели кинетики. Изучены кинетические закономерности хемосорбции и определены оценки параметров математической модели кинетики в интервале Температур 0+20°С.

- Синтезировано математическое описание четырех вариантов аппаратурного оформления процесса синтеза дисульфосоли и определен наиболее эффективный вариант.

- Разработан алгоритм оптимизации газлифтного реактора.

- Синтезирована математическая модель газлифтного реактора, учитывающая изменение скоростей и газосодержання по высоте аппарата.

- Предложен подход, позволяющий проводить исследования большого класса реакции, проводимых в системе газ-жидкость.

Практическая значимость. Разработанные в диссертации программные средства статистической оптимизации могут быть использованы для синтеза структуры реакторного узла вновь проектируемых и модернизации действующих производств ни базе га.ю-жидкостных реакций. Решена задача оптимального аппаратурного оформления процесса синтеза ГАДС с использованием имеющегося в произволе nie канролактама

оборудования, что минимизирует капитальные затраты. Предложенный газлнфтиый реактор может быть рекомендован как наиболее подходящий аппарат для подобного типа процессов.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы переданы в ОАО "Каиролактам" с нелыо использования при реконструкции действующего производства.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались аи'тором на международной научной конференции КХТП-1У-94 (г.Москва, 1994); итоговой научно-технической конференции преподавателей и сотрудников Ивановской Государственной химико-технологической академии (г.Иваново, 1993,1994); на IV конференции молодых ученых (г.Москва, 1993).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 3 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность темы и новизна исследований, сформулирована цель работы, основные решаемые в диссертации задачи и методы, обеспечивающие достижение поставленной цели.

В первой главе приводится обзор характеристик и методы исследований процессов и производств, в основе которых лежит реализация га-зо-жидкостных реакций.

. Аппаратурно-технологическое оформление реакторных узлов этих процессов отличается большим разнообразием конструкций, однако, в литературных данных отсутствует информация о реакторах для экзотермических хемосорбционных процессов, обеспечивающих полное поглощение газовой фазы, являющейся чистым реагентом.

Процесс синтеза гидроксиламнпднеульфоната из нитрита натрия, бисульфита аммония и сернистого ангидрида является начальной стадией в производство камролактама и осуществляется в промышленности по

недостаточно эффективной в смысле ресурсосбережения технологической схеме.

Во нторой главе приводится описание акспсрсментальных исследований кинетических закономерностей процесса растворения сернистого ангидрида и структуры потоков в промышленном аппарате синтеза ГАДС.

В процессе синтеза ГАДС в производстве канролактама по феноль-ной схеме, газообразный БС^ используется и качестве исходного реагента. Поэтому актуальна задача построения адекватной математической модели кинетики обсуждаемого процесса.

Процесс растворения Б02 в воде условно состоит из следующих стадий:

1) физическое растворение;

2) гидратация с образованием сернистой кислоты с последующей диссоциацией;

3) взаимодействие сернистой кислоты с компонентами • жидкой фазы.

Ранее проведенными исследованиями в центральной лаборатории ОАО "Капролактам" совместно с кафедрой ТКиА ИГХТА (в работах ряда исследователей) было показано, что синтез ГАДС при рН=2-^6 протекает через стадию образования соли пиросернистой кислоты (метабисульфпта) из бисульфита и БОг- Вероятно, что и при поглощении Б02 водой также присутствует эта стадия.

Основываясь на вышеизложенном предлагается следующий молекулярный механизм процесса растворения БОз в воде.

1. БО!,' < * БО^

БО^ + Н20 "" ...... Н^Оа

(1)

4. Н^О^ + Нр "" Ш.^О

Л

Из предположения, что первая стадия физического растворения быстрая и подчиняется закону Гспри, а третья стадия равновесная, следует:

[Н25205]=К1у[Н25 03] (2)

где ; Р — парциальное давление БС^, ш — константа Генри. С

учетом лимитирующего действия второй и четвертой стадий кинетического уравнения НгБОз запишется:

^£^=К,-К„[Н2803}-Кш[Н280з]2 (3)

где к1=Ь1-;К1|А-2Л5^); К1П=2*6. ш V. кл пу

Второй вариант математического описания кинетики можно иолу- ' чить, если пренебречь стадией 4 и механизме и соответствующим членом в уравнении (3):

^ =К|-К]|[Н;503] (4)

где Кц=62-

Экспериментально изучение кинетики процесса проводили в лабораторном реакторе объемом 500 мл, снабженном мешалкой в интервале температур 0+20°С. В реактор заливали определенное количество жидкости, термостатировали до необходимой температуры, затем через раствор барботировали чистый 502 при Р = 0,103 МПа. Избыток 502 отводился, через определенные промежутки времени отбирались пробы и анализировались на содержание НзБО) и НзБгОд путем потепциометри-ческого титрования.

Полученные экспериментальные данные позволили провести параметрическую идентификацию обоих вариантов математической модели кинетики. Первым шагом идентификации было установление справедливости соотношения р) и оценка константы К|у. Из кинетических крн пых было определено отношение концентраций [Н^ОзМИг-ЯО,] для всех моментов времени и температур. По полученным данным было определено среднее значение константы К|\> для различных температур и

среднеквадратическое отклонение параметра . Результаты приведены

в табл.1.

Таблица 1

Оценка параметра К|у

Темпера тура реакции, К [Н282051 Отношение -г1 в различные момеп- [Н2303] ты времени т, мин К,у

10 20 30 60 90 120

273 0,800 0,866 0,863 0,743 0,761 0,772 0,801 0,0526

283 0,500 0,529 0,545 0,558 0,567 0,550 0,541 0,024

293 0,583 0,535 0,555 0,500 0,545 0,545 0,544 0,027

Оказалось, что обе модели удовлетворительно описывают экспериментальные данные. На рис.1 представлен пример сравнения расчетных и экспериментальных значений концентрации.

Рис. ). Сравнение экспериментальных и расчетных значений концентраций С

при Т=283 К; а - модель (3); б — модель (4). о, х — экспериментальные значения концентраций НгБОз и Н2$205 соответственно; кривые 1 и 2 — расчетные значения концентраций НгЭОз и И^Оз

соответственно.

Дисперсионный анализ с использованием критерия Фишера и анализ остатков в моделях так же не позволил выявить лучшую модель. Это говорит о том, что влияние стадии гидролиза иироссрпистой кислоты на кинетику процесса незначительно, то есть при температурах 0-г20°С этой стадией можно пренебречь. С этой точки зрения предпочтигельнее второй вариант математической модели (4), гем более что эффективная кон-папта Кщ, входящая в уравнение (3) с ростом температуры уменьшается. Данный факт прогиноречиг теоретическим положениям кинетики, так как Кц|=2к(; харакири.1\с1 скорость обрашой реакции 1 идро.тпза.

Численные значения оценок параметров второго варианта модели представлены в табл.2.

На заключительном этапе кинетических исследований определялась дисперсионно-ковариационная матрица параметров адекватной модели, элементы которой представлены в табл.2.

Вторая часть главы посвящена исследованиям структуры гидродинамических потоков в промышленном емкостном аппарате.

Гидродинамику изучали на действующем реакторе синтеза дисоли в производстве капролактама объема У=20 м3. Характерной особенностью реактора является наличие теплообмснного устройства, состоящего из системы горизонтальных и вертикальных труб. На трубопроводах подачи исходных реагентов устанавливалось устройство для ввода индикатора. Данное устройство представляло собой герметичную емкость (объем Уинд=10 л), к которой подводился сжатый воздух под давлением Р=0,15 МПа для выдавливания раствора индикатора. Время ввода трассера составляло 20+30 сек. В качестве последнего использовался водный раствор К2504 с концентрацией [К2504]=25 мг/л.

Таблица 2

Значения параметров модели (4) и их дисперсии

Параметры Температура, "К

273 283 293

.г Моль К-1 > л-м ин' 0,9880-Ю"2 0,9360-Ю"2 0,7880 10"2

К„ , — м ин 0,2001-Ю"1 0,2072-Ю"1 , 0,2142-Ю"1

Дисперсия Эк, 0,6985-10"6 0,7250-Ю"6 0,6529-Ю"6

Дисперсия 0,6838 10"3 0,8172-Ю"5 0,9379-Ю"5

Коэффициент корреляции Рк„к„ 0,310 0,315 0,320

По экспериментально полученным значениям функции распределения времени пребывания определяются их числовые характеристики - начальные и центральные моменты с целью определения структуры модели путем их сравнения с теоретическими формулами для моментов.

Наиболее распространенной моделью, учитывающей неидеальность потоков, является ячеечная модель. Поэтому была проверена возможность описать с ее помощью структуру потоков в аппарате. В предположении равенства объемов ячеек, их количество определялось через второй центральный момент (дисперсию безразмерного времени пребывания) по соотношению: п= у п . По полученным значениям моментов . /И2

безразмерных, откликов было определено значение п для соответствующих опытов. Результаты представлены в табл.3.

Из таблицы видно, что число ячеек для каждого опыта около 1. Поэтому можно предположить возможность аппроксимации гидродинамики моделью идеального смешения с функцией отклика С(0)=е"8 (рис.2). Это предположение было проверено путем построения зависимостей /иС(0)=-О. Вид данных зависимостей показывает незначительное отклонение от прямой. Это доказывается проверкой соответствия модели идеального смешения экспериментальным данным по х2-критерию. Рассчитанные и табличные значения х2-критерия для соответствующих степеней свободы приведены в табл.3.

Таблица 3.

< Число ячеек в модели и значения х2~критерия

№ опыта 1 2 3

. Я? 0,78 0,72 0,84

п 1,28 1,4 1,19

Храс 0,120 0,156 9,957

Число степеней свободы 11 8 9

Xf.l-0.05 19,7 15,5 16,9

Рассчитанные значения х2-критерия на уровне значимости 0,05 для всех опытов меньше табличных значений. Это говорит о том, что модель идеального смешения адекватно описывает экспериментальные данные.

Третья г.чапа ноашщема анализу вариантом апнаратурно-тсхиологи-ческого оформления газо-жидкостпого процесса синтеза ГАДС на базе имеющегося в производстве оборудования и выбору оптимального варианта.

С(0> 0.8

0.7

0.6

0.5

0,4

0,3

0,2

0,1

№ Усл. Масса Объем Номер

оч. (Лмн /»«. трассера, г рсактра, м3 реарстора

1 • 8^1 4 1 .400 20 4/5

2 л 9^0 4.1 500 20 4/3

3 ■ 8,0 4.1 500 20 4/5

0 0,2 0,4 0.6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2.0 2,2 2,4 2.6 2,8 3.0 3.2 3.4 3,6 3,8 в

Рис.2. Плотность функции распределения безразмерного времени пребывания при вводе трассера в поток нитрита натрия.

Гетерогенный процесс синтеза дисульфосоли в целом осуществляется с использованием растворов нитрита натрия, бисульфита аммония и газообразного сернистого ангидрида. На процесс, его организацию накладываются жесткие требования и ограничения:

1. требование использования имеющихся на предприятии барботажных реакторов емкостного типа, то есть ограничения по капитальным затратам на реконструкцию;

2. обеспечить по возможности полное поглощение 502, т е- обеспечить исчерпывание газовой фазы;

3. невозможность разделения реакционной смеси после реакторного узла и возврата непрореагировавших исходных веществ на стадию синтеза.

В качестве критерия оптимизации выступает степень превращения Ш!трита натрия И растворенного в жидкой фазе сернистого ангидрида.

Оптимизирующими переменными являются:

а) технологические параметры — температура и время пребывания;

б) структурные переменные, определяющие способ соединения емкостного реактора и реактора идеального вытеснения и организацию ввода в реакторный узел исходных веществ.

Исходя из изложенного предлагается проанализировать четыре варианта аппаратурного оформления процесса, представленные на рис.3.

Рис.3. Варианты аппаратурного оформления реакторного узла: СЛ, Сц, См, Ср - концентрации бисульфита аммония, нитрита натрия, метабисульфита и пиросернистой кислоты, соответственно; - мольный расход сернистого ангидрида.

Для целей оптимизации реакторного узла были разработаны математические модели газо-жидкостного реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения. При атом предполагалось, что процесс протекает в кинетической области и, следовательно, структура модели аппарата определяется структурой кинетической модели реакции. Все математические модели получены для изотермических условий ведения процесса.

Вариант III организации реакторного узла предполагает подачу всех исходных реагентов в первый аппарат каскада, а далее без дабовле-ния S02 смесь подаётся во второй реактор. Уравнения материального баланса первого (5) и второго (6) аппаратов каскада по компонентам имеют вид:

Х2 -t (l~X2 Xl~X3 )аСМ0 -

l-o • (5>

[l+KIIT1+fc1+(l-X,)T1aCAO][l+ii2T1(l-X2Xl-a)CBO]

Хз+т1^(1-Х1)2а^-т1*1_(1-Хз)-т1Л2(1-Х2Х1-ХзХ1-а)Сво=0 имо

где а — отношение расходов бисульфита аммония и нитрита натрия во входных потоках; Сдо, СЕо, Смо — концентрация бисульфита аммония, нитрита натрия и метабисульфита аммония, соответственно, на входе в первый аппарат каскада.

dX-i=2fe1+CA1(l-X1)2-2fc1.(l-X3)gML+iI+Csl(l-X1Xl-X4)

dt dX2 dt dX, dx

dX2-=b2(i-x2Xi-x3)cM1+fc2(i-x2Xi-x4)cP1

^Ml

где: СА1> CB)l Csi, Cpj — концентрация бисульфита аммония, нитрита натрия, сернистой и пиросернистой кислот, соответственно, на входе во второй аппарат каскада.

Были проанализированы все варианты аппаратурно-технологической организации. Результаты представлены в табл. 4. Лучшим является III вариант, обеспечивающий наиболее высокую степень превращения реагентов.

Результаты моделирования позволяют сформулировать следующие рекомендации по оформлению процесса:

- синтез дисоли проводить в каскаде реакторов при t=0°C, рН=2;

- сернистый ангидрид необходимо подавать в первый реактор каскада;

- в качестве второго аппарата каскада рекомендуется использовать реактор идеального вытеснения типа кожухотрубного теплообменника. .

Таблица 4

Степень превращения бисульфита аммония (X)), нитрита натрия (Х2) и мстабисульфита аммония (Х3).

Вариант аппаратурного оформления Степень превращения %

1-ый аппарат 2-ой йппа рат В схеме в целом

х, х? Х4 Х? Xi х? Хт

I вариант 23 27 88 80 73 98 85 80 99.7

II вариант 80 81 99 60 38 85 92 89 99,7

III вариант 80 81 99 78 50 9S 96 92 99,8

IV вариант 34 40 98 77 76 90 85 86 99.8

Таким образом, решена задача синтеза оптимального апаратурного оформления на базе имеющегося оборудования.

Четвертая глава посвящена моделированию газлифтного реактора, в типовую конструкцию которого внесены изменения применительно к данному газо-жидкостному процессу.

Поскольку синтез дисоли предпочтительно проводить в аппарате вытеснения, то наиболее подходящим реактором является газлифтный реактор, как наиболее компактный и обеспечивающий необходимый теплообмен и контакт между фазами.

В предлагаемом газлифтном реакторе (рис.4) жидкость подастся в центральную трубу через эжекциопный насос, захватывая пеирорсагиро-вавший газ. Свежий газ подается в барботажные трубы. По циркуляционным трубам реакционная смесь стекает вниз, обеспечивая дополни-

тельное время пребывания жидкости, необходимое для полного протекания реакции. Хладагент подается в межтрубное пространство аппарата. Эквивалентная схема циркуляционного контура представлена на рис.5.

Жидкость

(раствор ЫаЫ02 и ЬПЬШОз)

Корпус аппарата

Хладоагепт

Циркуляци онная труба

Трубная, решетка

.Эжектор

Трубная решетка

;_Барботажная труба

Центральная труба

Хлздаагент

~ -н Газ (БОд)

Жидкость

(продукт)

Рис. 4. Принципиальная схема газлнфтного аппарата

а)

б)

Рис. 5. Эквивалентная схема циркуляционного контура а) — но жилкой фазе, б) — по газовой фазе

Математическая модель барботажной трубы состоит из уравнений: I. неразрывности для газо-жчдкостного потока:

(7)

где и), Иг — линейная скорость жидкости и Газа соответственно; Ф — газосодержание; p^, р2 — плотность жидкости и газа соответственно, Ъ — текущее значение длины трубы;

II. уравнение сохранения импульса по жидкой и газовой фазам:

где Сс — коэффициент сопротивления; И — радиус частицы; g — ускорение свободного падения, Р — давление;

III. уравнение сохранения массы для компонентов жидкой фазы:

(10)

1 йг 1 1 Аг (1 - ф) ¿г

где С^ — концентрация 1-го компонента в жидкой фазе; \У| — скорость химической реакции по ¡-го компоненту;

IV. уравнение сохранения массы для газовой фазы:

52 Р2

. где ц5о2 — молекулярная масса БС^; WS02 — скорость поглощения БОг за счет реакции в жидкой фазе;

V. потери давления газо-жидкостной смеси в барботажной трубе:

где Бц — диаметр циркуляционной трубы; — коэффициент трения, определяемый режимом течения жидкости; рси — плотность газо-жидкостной смеси. Граничные условия:

и.12=0 = У?. и2|^0 = и» (13)

ф|2=о = и0 ; С,|2я0 = С?; Р|г=0 = Р°

В соответствии с данным алгоритмом проведено моделирование циркуляционного контура. Результаты моделирования представлены в табл. 4. В ней представлены геометрические размеры аппарата, которые

обеспечивают при увеличении нагрузки одну и ту же степень превращения исходных реагентов.

Расчет реактора проводился итерационным способом исходя из обеспечения необходимой степени превращения нитрита натрия (-95%), что эквивалентно выходу дисульфосоли. Задавшись степенью превращения МаМС>2 вычисляются величины концентрации компонентов в жидкой фазе на входе в барботажную трубу с учетом разбавления исходного потока циркуляционным потоком, а также граничные значения переменных, входящих в модель барботажной трубы (13). Далее интегрируется система уравнений описывающих барботажную трубу и система, описывающая циркуляционную трубу. Значение степени превращения нитрита натрия сравнивается с заданной величиной. Если различие между ними превышает некоторую малую константу, то производится пересчет переменных на входе в барботажную трубу и цикл повторяется. При расчете барботажной трубы предполагалось, что скорость газа по высоте постоянна, то есть газовые пузыри двигаются без ускорения, равномерно, так как сила трения уравновешивается подъемной силой. Блок-схема алгоритма моделирования газлифтного реактора представлена на рис.6.

Таблица 4

Результаты расчета циркуляционного контура

ч> ыг, м/с м/с и,0, М/с м/с р. кон кмоль м3 Сакон кмоль м3 Смк°" кмоль м3 С3кон кмоль м3 СРК0Н кмоль м3

» Бц = 0,07 м, Н = 5 м, он= 3,85 !0~4 м3/мин, ог=6,1210-3 м3/мин

0,083 0,0265 0,1505 0,164 0,319 0,120 0,087 0,0014 0,1206 0,037

Ц, = 0,1 м, Н = 5 м, о„ = 7,85-10"4 м3/мин, о,.=0,0125 м3/мин

0,080 0,026.5 0,146 0,159 0,331 0,103 0,087 0,0014 0,1200 0,037

Оц = 0,1 м, Н = 7 м, и„= 1,М0~4 м3/мии, и,=0,0175 м3/мин

0,082 0,037 0,121 0,231 0,451 0,120 0,088 0,0016 0,1190 0,036

1\ = 0,1 м, Н = 10 м, и„ = 1,57Ю~3м3/мип, иг=0,0250 м3/мин

0,101 0,053 0,235 0,261 0,525 0,12 0,088 0,0016 0,1190 0,036

(Начало)

/Исходные данные 7......; к ,,

с„, x, к„ р° / i р1.

Сн - начальная концентрация реагентов X)- степень превращения нитрита натрия

- константы скорости реакция Р° - да яле ни газа

I Предварительная оценка времени ^пребывания по уровням кинетики

Выбор конструктивных размеров аппарата_

х

Определение нагрузки но жидкоП фазе и.

Расчет нагрузки по газовой фазе исходя из стехиометрии (Ово,)

Определение приведенной скорости газа (шг)

Итерационная процедура расчета Фг_

Насчет концентраций компонентов и истинных скоростей фаз на входе в барбатажную трубу

Решение систем уравнения модели барбатажной трубы

Решение систем уравнений модели циркуляционной трубы

Определение концентраций и степеней превращения компонентов на выходе аппарата

нет

Вывод результатов

моделирования

иро

7

сэх - скорость циркуляции жидкости фг - гааосодержание

( Конец )

Рис. 6. Блок-схема алгоритма моделирования газлифтного реактора

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Предложен стадийный механизм процесса хсмосорбции БС^ (без газа-носителя) » жидкой фазе и варианты математической модели кинетики. Изучены кинетические закономерности хсмосорбции и определены оценки параметров математической модели кинетики в интервале температур 04-20°С.

2. Разработана модель гидродинамики, учитывающая конструктивные и режимные параметры модели путем экспериментальных исследований структуры потоков жидкофазного реактора синтеза ГАДС.

3. Синтезировано математическое описание четырех вариантов аппаратурного оформления процесса синтеза дисульфосоли и определен наиболее эффективный вариант.

4. Разработан алгоритм оптимизации газлифтного реактора.

5. Синтезирована математическая модель газлифтного реактора, учитывающая изменение скоростей и газосодержания по высоте аппарата. Предложенный газлифтный реактор может быть рекомендован как наиболее подходящий аппарат для подобного тина процессов.

6. Разработанные в диссертации программные средства статистической " оптимизации могут быть использованы для синтеза структуры реакторного узла вновь проектируемых и модернизации действующих производств на базе газо-жидкостных реакций.

7. Решена задача оптимального аппаратурного оформления при синтезе ГАДС с использованием имеющегося в производстве капролактама оборудования, что минимизирует капитальные затраты.

8. Предложен подход, позволяющий проводить исследования большого класса реакций, проводимых в системе газ-жидкость.

Основное содержание диссертации изложено в следующих печатных работах:

1. Лабутин А.Н., Батиха М.М., Грошев ГЛ., Коротаевский К.Н Кинетика процесса растворения сернистого ангидрида в воде // Известия ВУЗов / Сер. "Химия и химическая технология". - Иваново 1997. Т.40, вып.1. - с. 55-58, ISSN 0579 - 2991.

2. Лабутин А.Н., Ватнха М.М., Гордеев Л.С., Коротаевский К.Н моделирование кинетики хемосорбшш сернистого ангидрида водой // Тез. докл. международной конференции " Математические методы в химии и химической технологии" — Новомосковск, 1997. — с. 28.

3. Ллбупш А.Н., Батиха М.М., Гордеев Л.С., Коротаевский К.Н Аппа-ратурно-технологнческое оформление процесса синтеза дисульфосоли. // Тез. докл. международной конференции " Математические методы и химии н химической технологии" — Новомосковск, 1У97. — с. 39.