автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Математическое моделирование процессов гидрирования в синтезе витаминов

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГИДРИРОВАНИЯ В СИНТЕЗЕ ВИТАМИНОВ •

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (в отрасли технических наук)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь 1996

КОСИВЦОВ ЮРИЙ ЮРЬЕВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГИДРИРОВАНИЯ В СИНТЕЗЕ ВИТАМИНОВ

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (в отрасли технических наук)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь 1996.

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете.

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Сульман З.М.

доктор технических наук, профессор Дмитриев Г. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Береговых В. В.

доктор технических наук, профессор Палюх Б.В.

Ведущая организация: НПО "Витамины" (г. Москва)

Защита состоится " 26 " н<?»еря 1996 г; в 10 часов на заседании диссертационного совета К 063.22.03 при Тверском государственном техническом университете (170026, г.Тверь, наб.Афанасия Никитина,22,аудитория Ц-212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского .государственного технического университета.

Автореферат разослан" 25" » октября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Жгутов А. В.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В связи с повышением спроса на синтетические витамины и душистые вещества возрастает значимость работ, связанных с увеличением эффективности действующих производств, повышением качества выпускаемых препаратов. Современные промышленные методы синтеза витаминов А, Е, К и бета-каротина могут быть осуществлены через стадию получения линалоола селективным гидрированием дегидролиналоола (ДГЛ). Кроме того, линалоол, его аналоги и производные имеют большое значение как полупродукты получения душистых веществ (гераниола, нерола и др.). Это вызывает интерес исследователей к процессам селективного гидрирования с целью получения указанных выше соединений.

Одним из этапов промышленной реализации технологии и проектирования химических реакторов является математическое моделирование. Для процессов гидрирования ацетиленовых спиртов данный этап исследований имеет особую актуальность, так как эти процессы протекают с участием твердого катализатора, механизм действия которого не всегда известен. Это связано с недостаточностью знаний об элементарных актах химической реакции, протекающих на поверхности твердого катализатора. В связи с этим широко используются эмпирические зависимости, обоснованные экспериментальными наблюдениями и не противоречащие фундаментальным законам химической кинетики. Экспериментальные кривые "состав-время", измеренные в закрытой системе, прослеживающие путь сложной реакции от начального состояния до установления равновесия, при условии, что все наблюдаемые промежуточные компоненты анализируются, способны дать наиболее полную первичную информацию о структурной схеме брут-то-превращений, и о классе функций, в котором следует искать выражение для описания кинетического закона. Необходимым условием решения задач идентификации эмпирических зависимостей по кривым "состав-время" для последующего их использования в процессе моделирования, является разработка программных средств, использующих современные методы оптимизации и моделирования, реализованных на персональных ЭВМ.

В настоящее время разработано большое количество математических моделей массопереноса с участием гранул катализатора. Эти модели базируются на знании исследователем детального механизма

реакции, механизма адсорбции реагентов, коэффициентов диффузии, структуры поверхности гранул и др. В реальных условиях, у исследователя может не оказаться всего набора необходимой информации для построения адекватной математической модели. Поэтому, при моделировании массопереноса также могут использоваться эмпирические зависимости. В этой связи актуальным является разработка методики и алгоритма перехода от кинетической модели к диффузионной при расчете реактора гидрирования ацетиленовых спиртов и ее опробование на реальном химико-технологическом процессе.

Указанные обстоятельства определяют актуальность работ, связанных с разработкой математических моделей процессов селективного гидрирования в синтезе витаминов и расчета реакторов для осуществления данных процессов в производственных условиях.

Цель работы - разработка математических моделей процессов гидрирования дегидролиналоола и дегидролиналилацетата и расчет реакторов непрерывного действия с неподвижным слоем катализатора. Для достижения этой цели исследовались вопросы:

- разработка эффективных алгоритмов оценки параметров кинетических моделей на основании данных изотермических экспериментов;

- разработка методики перехода от кинетической модели к диффузионной при расчете реактора гидрирования с неподвижным слоем катализатора;

- разработка инструментальных средств математического моделирования, использующих предложенные алгоритмы,' реализованных на ПЭВМ;

- создание и исследование математических моделей селективного гидрирования ацетиленовых спиртов в синтезе полупродуктов витаминов и душистых веществ;

- моделирование промышленного реактора, проверка разработанных методик и инструментальных средств путем опытно-промышленных испытаний.

Работа проводилась в рамках хоздоговорной темы 11 Тверского государственного технического университета, а также темы 59-ин гр.01960001208 инновационной научно-технической программы "Нефте-хим" Госкомвуза России.

Методы исследований. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований с применением аппарата ма-

тематической статистики, теории сплайнов, математического моделирования, а также основных постулатов физической химии и гетерогенного катализа.

Научная новизна работы. На основании разработанного итерационного алгоритма, позволяющего оценивать параметры модели с помощью явного интегрального метода и исследовать их значимость методом шкалированных главных компонентов информационной матрицы, построены математические модели процессов селективного гидрирования ацетиленовых спиртов и их аналогов с участием гетерогенного палладиевого катализатора. Показана возможность непосредственного перехода от кинетической модели реакции гидрирования к модели трехфазного каталитического реактора непрерывного действия (режим идеального вытеснения) путем ввода поправочных коэффициентов, определяемых с помощью математического моделирования. Разработана методика расчета реактора с неподвижным слоем катализатора для реализации процессов гидрирования ацетиленовых спиртов в промышленности. На основании предложенных методик создан пакет прикладных программ для оценки параметров кинетических моделей и расчета реакторов с неподвижным слоем катализатора, в качестве исходных данных использующий кривые "состав-время", полученные в кинетических экспериментах и данные о диффузионных торможениях процесса из динамических экспериментов в проточном лабораторном реакторе.

На разработанный пакет программ получено свидетельство об авторском праве в РосАПО.

Практическая значимость работы. С помощью использования предложенных алгоритмов и математических моделей, рассчитаны реактора непрерывного действия для процессов получения линалоола путем селективного гидрирования ДГЛ, а также получения линалилаце-тата путем гидрирования ацетата ДГЛ.

На основании проведенных расчетов реакторов разработаны регламенты на проектирование производства получения линалоола и ли-налилацетата, которые переданы в АО "Белгородвитамины". Апробация предложенных методик расчета реакторов с неподвижным слоем катализатора проведена также на АО "Белгородвитамины". Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработок составляет 700 млн. руб. в ценах 1996 г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Химическая

информатика", г.Черноголовка, 1992; 8 и 9-й Всеросс. и Межд. конференциях "Математические методы в химии и химической технологии", г.Тула, 1993, г.Тверь, 1995; Российской научной конференции с участием зарубежных ученых "Математические модели нелинейных возбуждений, переноса динамики, управления в конденсированных системах и других средах", г.Тверь, 1994; I Региональной научно-практической конференции "Информатизация медицины и здравоохранения Тверской области", г.Тверь, 1994; III и IV Межд.конференциях "Наукоемкие химические технологии", г.Тверь, 1995, г.Волгоград, 1996.

Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 15 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения. Она изложена на 129 страницах, включая 21 рисунок и 10 таблиц. Список литературы содержит 136 наименований. Приложение выполнено на 1 странице.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ1

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель работы, научная новизна и практическая значимость исследований, приведены основные результаты и положения, представленные автором к защите.

В первой главе "Анализ методов математического моделирования процессов гидрирования и расчетов промышленных реакторов в синтезе витаминов. Постановка задач исследований" проведен анализ существующих подходов к построению математических моделей процессов гидрирования и расчету промышленных реакторов в синтезе витаминов, а именно: особенности математического моделирования процессов гидрирования; методы и программные средства для моделирования химической кинетики и расчета реакторов.

Математические модели каталитических реакторов строятся с применением иерархического подхода. Общая математическая модель трехфазного реактора делится на пять основных "уровней":

- верхнему, пятому уровню иерархии описания химического реактора, отвечает описание гидродинамики течения и взаимодействия

трех движущихся фаз, описание переноса тепла, массы и импульса в масштабах реактора;

- четвертому уровню соответствуют математические модели элементарного образования диспергированной газовой фазы (единичного пузыря) и окружающей его жидкости (суспензии);

- третьему уровню соответствуют математические модели в масштабе одного зерна катализатора при непосредственной близости к внешней поверхности;

- ко второму уровню относят модели, описывающие процессы протекающие внутри пористого зерна катализатора;

- первый уровень иерархии включает построение кинетической модели реакции.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод о том, что насколько успешно построена кинетическая модель, лежащая на первом уровне иерархии и являющаяся основой для последующего создания математической модели реактора, настолько успешным будет весь процесс моделирования. Исходя из этого вытекают такие требования к кинетической модели: она должна описывать "истинную" скорость химической реакции в виде уравнений, структура которых отражает знания о детальном механизме реакции. Параметры модели должны быть однозначными и статистически достоверными. Поэтому в первой главе диссертации особое внимание уделено методам определения параметров кинетических моделей, ориентированным на персональные ЭВМ. Показано, что наиболее перспективным является использование явного интегрального метода, так как он имеет ряд преимуществ перед другими методами оценки параметров кинетических моделей, а именно:

- быстродействие, позволяющее эффективно реализовать его на персональных ЭВМ;

- использование в' качестве исходных данных зависимостей "состав-время" без учета теплот протекающих реакций, что позволяет разрабатывать математические модели на основе изотермических кинетических экспериментов.

Проанализированы программные средства для моделирования химической кинетики и расчета каталитических реакторов. Рассмотрены пакеты программ, разработанные в ведущих научно-исследовательских институтах России, а также ряд зарубежных программных продуктов. Проведенный анализ программного обеспечения, пригодного для моде-

лирования химической кинетики и расчета реакторов, показывает, что на сегодняшний день нет универсального, реализующего современные математические методы комплекса прикладных программных средств, способного взаимосвязано решать как прямую, так и обратную задачи химической кинетики и пригодного для расчета реактора гидрирования с неподвижным слоем катализатора.

На основании проведенного анализа были сформулированы задачи исследований, включающие в себя:

- усовершенствование методики построения кинетических моделей и расчета промышленных реакторов жидкофазного каталитического гидрирования;

- разработку комплекса прикладных программ, реализующего предлагаемую методику;

- опробование и использование разработанных программных средств для моделирования каталитических процессов гидрирования в синтезе витаминов.

Во второй главе "Процессы гидрирования как объект математического моделирования" проведен анализ процессов гидрирования с целью выяснения особенностей их протекания, а также возможность учета данных особенностей при моделировании.

Рассмотрены лабораторные экспериментальные установки, позволяющие проводить эксперименты по гидрированию, методы анализа субстратов и катализаторов. Сделан вывод о том, что для успешного моделирования реактора гидрирования с неподвижным слоем катализатора, работающего в непрерывном режиме, необходимо использовать следующие экспериментальные данные:

- кинетические кривые "состав-время" полученные в закрытой системе при различных: концентрации катализатора, начальной концентрации гидрируемого вещества, температуре, парциальном давлении водорода;

- данные о диффузионных торможениях процесса, полученные из экспериментов в лабораторном проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора;

- физико-химические данные реагентов, катализаторов, растворителей, такие как кинематическая и динамическая вязкость, пористость, порозность, молекулярный коэффициент диффузии, используемые для гидродинамических расчетов, а также для моделирования процесса на границе раздела фаз.

В третьей главе "Оценка параметров математических моделей процессов гидрирования в синтезе полупродуктов витаминов А и Е" построены базовые модели процессов для последующего моделирования, разработан алгоритм оценки параметров моделей на основе явного интегрального метода.

Для процессов гидрирования ДГЛ первичная обработка экспериментальных данных показала линейную зависимость скорости реакции от концентрации катализатора. Поэтому, для данного процесса, замена общих кинетических уравнений скорости выражениями, учитывающими нагрузку на катализатор, является обоснованной и не противоречит физическому смыслу используемых параметров. Общая система уравнений скорости для процесса гидрирования ДГЛ без учета возможных обратимых реакций имеет вид: йХ

= (- к1х1-к4х1)/(1+а1х1+йгхг+й3Хэ+С14х4)

Ü8

ах2

<зе

dX3 d9

dX4

(Kj X,-k2X2-k5X2)/(l+QjX,+Q2X2+Q3X3+Q4X4) (кгХг+ЗД-k3X3)/(1+Ü! Xj+Q2X2+Q3X3+Q4X4) (k3X3+k5x2)/(i+Q1x1+Q2x2+Q3X3+Q4x4)

(1)

d8

где к! (1 = 1, 2, 3, 4, 5) - кинетические параметры; at (1= 1, 2, 3, 4) - адсорбционные параметры модели; Xj (1= 1,2,3,4) - выраженные в долях концентрации реагентов; 9 - приведенное время, определяемое

0 = т/q , (2)

где q=C0/CK - нагрузка на катализатор (Ск-концентрация катализатора, С0 -начальная концентрация субстрата).

На основании проведенного анализа литературы, для решения обратной задачи был выбран явный интегральный метод, разработанный А.Ермаковой с сотрудниками в Институте катализа СО РАН. В случае задания кинетических уравнений в дифференциальной форме:

dC ___

- - f(C.K) , (3)

dt

С(0) = С0 , (4)

где С = С(т) - N-мерный вектор концентраций, К - Р-мерный вектор

кинетических параметров; в интегральной форме для момента времени

"С(О-С0 => f(C,K)dt . (5)

>-С0 => |

Из экспериментальных измерений, проводимых в кинетическом реакторе закрытого типа, могут быть получены дискретные значения вектора С(т), измеряемые с некоторой ошибкой в ш различных моментах времени

Ст = С(т) + ёт , (6)

где ёц, - вектор элементарных ошибок в т-ом измерении, т=1,2, ,.,М; М - число измерений. Явный интегральный метод основан на замене подинтегральных выражений в уравнении (5), ■ на сплайн-функции, аппроксимирующие экспериментальные данные "состав-время" (6).

Пусть Бкг означает N - мерный вектор натуральных кубических сплайн-функций, аппроксимирующих значения Г(Ст, К) в интервале х0<х<-гт. Определим векторы

% = Сп - С0 , (7)

Тш

Фт(К) = [ 5кг (т)сИ: , гп = 1, 2,.. М ; (8)

MI) - J ок

где М - число измерений. По методу наименьших квадратов сформулируем интегральную целевую функцию, которая подлежит минимизации по К:

М _ _ _ _ _ _

F =т|1(Ут-Фт(К))тйэ.С1-1(Ут-Фт(К)) , (9)

где Од_т - матрица весов. Для минимизации этой функции по вектору параметров К мы использовали метод Левенберга-Марквардта. Итерационная схема для поиска следующего значения вектора параметров в этом случае будет иметь следующий вид: _ М

К1+1=К, + (Mi-I +в?^Хтт(К1)-0э.т'1-Хш(К1)))-1 X

м _ _ _ (10) '

xji(xmT(K1)-Q3.rn-1-(Ym^m(Kí)) ,

тт можно записать:

Рис.1 Упрощенная блок-схема программы оценки параметров моделей процессов гидрирования

где 1 - номер итерации; К^ - оптимизируемый вектор параметров; ХпО^) - матрица Якоби от функции Фщ^); ц^ параметр Марквард-та; I - единичная матрица.

Для определения надежности полученных оценок кинетических моделей гидрирования предложено использовать метод шкалированных главных компонентов информационной матрицы, основанный на исследовании поведения целевой функции (9) в окрестности точки минимума, так как необходимую информационную матрицу можно получить с использованием тех же сплайн-функций, что и для построения вектор-функции Фт (Кх).

Предложенные методики легли в основу итерационного алгоритма решения обратной задачи для процессов гидрирования. На данном алгоритме основана первая часть созданного пакета программ, предназначенная для определения общего вида уравнения скорости реакции и оценки параметров кинетических моделей. Упрощенная блок-схема первой части пакета представлена на рис.1.

С помощью предложенной программы решена обратная задача для процессов гидрирования ДГЛ и ацетата ДГЛ, то есть в явном виде получен общий вид уравнений скорости протекания данных реакций в кинетической области процесса. Результаты решения для процесса гидрирования ДГЛ до линалоола представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты решения обратной задачи для различных моделей гидрирования ДГЛ до линалоола на Рй/А1г03 (г 55°С, Рн2 0.04 МПа)

Маршрут реакции Модель реакции ^ -Ю2 г/(г-с) к2 Г/(Г-с) 0 б-102

А! - Аг ^-XI 2 15 ±1. 01•10"3 — — 11.60

А1 - Аг к! 1 + ОХ! 1.33 ±1. 79•10~3 — 2. 24 • 10"2 ±0.23 5.85

Ах - Аг к! 1 + ах2 1 32 ±1.90-10" 3 — 5.88-10-2 ±0.23 5.85

А! - Аг кгХ, X! + йХг 1.38 +1.10-Ю"3 — 1. 69-Ю"6 ±8. 69-10"2 6.40

- Аг к! X} + ах2 1.29 ±1.12-Ю'3 --- 0.94 ±0.52 5.70

Продолжение табл.1

Маршрут реакции Модель реакции -102 г/(г-с) к2 г/(г-с) й б-Ю2

А1 - Аг - А3 X! + ох2 1.37 ±9.05-10"4 1.57•10"13 ±7.61-Ю"9 1.89-10"6 ±7. 30-Ю"2 6.35

А4 - А2 К! 1.32 ±2.96-10"4 --- --- 5.68

¿1 - А2 -» А3 X! + ох2 1.32 И.ОМО'3 1.79-10"4 ±2. 87•10"4 0.99 ±0.18 4.78

На основании полученных результатов были рассчитаны энергия активации реакции, кинетические и адсорбционные параметры процессов, которые в дальнейшем были использованы для моделирования реактора непрерывного действия с неподвижным слоем катализатора.

В четвертой главе "Моделирование проточного реактора для процессов каталитического гидрирования в синтезе витаминов" представлена разработанная методика расчета трехфазного каталитического реактора непрерывного действия с неподвижным слоем катализатора.

Нами предлагается модель для изотермического реактора, работающего в режиме идеального вытеснения (отклонения от изотермического режима составляют 10-15%). Три фазы занимают объем реактора;

Ук

Фг= — ; <¡4= — ; Фк= — ; (И)

ур р р

Фг + Фь + Фк = 1 . (12)

где Уг. Ук, Ур - объем газовой, жидкой фаз, объем катализатора, объем реактора соответственно: фг, ф[_, фк - объемные доли газовой, жидкой и твердой фаз соответственно.

Вследствие внутренне-диффузионного торможения, интенсивного взаимодействия .дисперсной фазы и дисперсионной среды активный слой катализатора используется неполностью. Коэффициент ц характеризует долю "активного" объема катализатора Ук(акт), принимающего участие в реакции:

ч = Ук(акт)/ук • (13)

Следовательно, "рабочая" концентрация катализатора (Ск') равна:

С,' - Св-Ц , (14)

где ск = рки(1-Е)ф1[/ф1 (15)

(Ск - истинная концентрация катализатора, рки - истинная плотность катализатора, е - пористость катализатора).

На малом расстоянии от поверхности гранул скорость жидкости мала и поэтому мала роль перемешивания; транспорт в направлении, нормальном поверхности, вблизи нее осуществляется путем молекулярной диффузии. В ядре потока массопередача практически не зависит от коэффициента молекулярной диффузии, но вблизи поверхности ее скорость пропорциональна этой величине:

N = ^(Со-Сз) , (16)

где N - диффузионный поток рассматриваемого компонента от жидкости к грануле; С0, С5 - концентрации компонента на поверхности и в ядре потока. В нашем случае при расходовании водорода на гидрирование это равенство принимает вид

Р(Снг"-Снг) = (У^е) , (17)

где Сн2 - текущая концентрация растворенного водорода вблизи поверхности гранул катализатора; Снг* - равновесная концентрация водорода в объеме пленки жидкости вокруг частиц катализатора; (5 -объемный коэффициент массопереноса. Из (17) следует, что профиль концентрации Сн2(т) в элементарном объеме реактора при прочих равных условиях зависит от р/ц и полностью определяется этим отношением.

С учетом (14) выражение для скорости 1-той стадии в трехфазном реакторе принимает вид

1 аД,^ Сн2 а^х^цП Сно

Щ1 ---------------. (18)

Нг Х!+аХ2 Ж^/Нр) -Сн2 Х1+0Х2 ^'-Сн.,

где ^ - коэффициенты уравнения Ленгмюра, Нг - константа Генри. Текущую концентрацию водорода Сн2 у поверхности гранул катализатора можно рассчитать с помощью выражения (17). Объемный коэффициент массопереноса рассчитывается исходя из гидродинамических параметров реактора.

На основании вышеизложенного, алгоритм расчета проточного реактора с неподвижным слоем катализатора следующий:

а) Получение общего вида уравнений скорости процесса и пара-

С

начала

3

/ввод размерностей и / экспериментальных данных / (Хцу Рн2 . 5 V И др. ) /

/ ввод кинетической; модели; 7 /(дифференциальных уравнений)/

ввод г}, дг), и, р, д(3, к и максимальной степени превращения Х^тах

Инициализация системы и расчет физико-

химических величин ( ,НГ,ФГ,ФК , Ск и др.)

х ■

1=1,]=1 I

/ ввод первоначального шага итерации Ь. /

сн2- сн2

; X

х=х X

Расчет Х^(Т) методом Рунге—Кугга по (4.25)

Вывод I, Х^ ,СНг !

Вывод Х,Х£,СН2; ' сохранение текущих г|, (3 , Хк у

! ввод нового шага итерации Ъ J

оценка г| для текущего катализатора

/ Визуализация графика, вывод г\/ / Вывод результатов / / моделирования /

Расчет диаметра, ;ушньг и объема промышленного реактора

.1. ^ конец )

Рис.2. Упрощенная бдж-схема программы расчета основных параметров реактора с неподвижным слоем катализатора

1 1 1 о _т 1

*

: ; 1 1

1 1 пСв/л)

Рис. 3. График зависимости 1п(р/т1)-1п(($-тк) для процесса получения линалоола на модифицированном катализаторе РсЗ/А1203

1 1 1 а .т

К'

\ 1 1

1 1 пСй/л)

Рис. 4. График зависимости 1п((3/т1)-1п(р-тк) для процесса получения ТГЛ на катализаторе Рй/А1203 (стадия ДиГЛ —> ТГЛ)

метров модели, расчет коэффициентов а^ ^ и энергии активации реакции путем использования данных кинетических экспериментов и программы решения обратной задачи;

б) Математическое моделирование процесса с учетом явлений массопереноса, то есть при вводе различных значений коэффициента "активного" объема катализатора (ц) и объемного коэффициента массопереноса ((5) интегрирование системы уравнений (18) для расчета времени контакта. Результатом проведенного моделирования является зависимость произведения объемного коэффициента массопереноса на время контакта (р-тк) от отношения р/ц;

в) Нахождение объемного коэффициента массопереноса (5 путем обработки экспериментальных данных, полученных в лабораторном реакторе непрерывного действия;

г) Для необходимой степени конверсии реагентов из графика (р-т)-(р/п). полученного путем математического моделирования, оценивается коэффициент "активного" объема катализатора (ц) в лабораторном реакторе.

Коэффициент Т1, большей частью характеризующий внутреннюю диффузию реагентов в порах, является прежде всего характеристикой конкретного катализатора, а не процесса в целом. Поэтому он мало зависит от гидродинамики процесса, практически не меняется при масштабировании и может быть использован для расчета промышленного реактора.

Предложенный алгоритм заложен во вторую часть специализированного пакета программ, предназначенную для математического моделирования и расчета промышленных реакторов с неподвижным слоем катализатора (режим идеального вытеснения). Упрощенная блок-схема представлена на рис.2. Полученные с помощью данного пакета программ зависимости 1п(р/т1)-1п(р-тк) для процессов получения линало-ола и получения ТГЛ представлены на рис.3,4. Данные зависимости послужили основой расчета каталитических реакторов для осуществления этих процессов в промышленности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты, полученные в работе, и выводы могут быть сформулированы следующим образом.

1. Проведен анализ существующих подходов математического моделирования процессов гидрирования с участием твердого катализатора. Показана иерархическая структура процесса моделирования, основой которой является проблема построения кинетической модели с последующей оценкой ее параметров.

2. Построены кинетические модели процессов селективного гидрирования ненасыщенных спиртов и их аналогов с участием твердого палладиевого катализатора.

3. На основании проведенного анализа методов решения обратной задачи разработан алгоритм оценки параметров кинетических моделей на основании явного интегрального метода.

4. Предложен алгоритм проверки соответствия параметров кинетических моделей их физическому смыслу на основании метода шкалированных главных компонентов информационной матрицы.

5. Создана программа для оценки параметров кинетических моделей. С помощью данной программы проведена оценка параметров моделей по предложенной методике.

6. Разработана методика перехода от кинетической модели к диффузионной при расчете проточного реактора с неподвижным слоем катализатора для гидрирования ацетиленовых спиртов и их аналогов.

7. Создана программа для расчета основных параметров реакторов селективной гидрогенизации.

8. На разработанный пакет прикладных программ получено свидетельство об официальной регистрации в РосАПО.

9. Проведено математическое моделирование промышленных реакторов с неподвижным слоем катализатора для селективного гидрирования ненасыщенных спиртов и их аналогов.

10. На основании проведенного моделирования проведены расчеты и разработаны регламенты на проектирование производства получения линалоола и линалилацетата, которые переданы в АО "Белгородвита-мины".

И. Работоспособность предлагаемых методик и пакета прикладных программ проверена в ходе опытно-промышленных испытаний, которые были проведены в АО "Белгородвитамины".

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Сульман Э.М., Ермакова А., Сидоров А.И., Косивцов Ю.Ю. и др. Пакет программ "ROBUST" и его использование при создании технологий селективной гидрогенизации // Химическая информатика: Тез.докл. IX Всес. конф. 11-15 янв. 1992 г. - Черноголовка, 1992. - С. 109.

2. Косивцов Ю.Ю., Сульман Э.М., Сидоров А.И. и др. Применение экспертной системы для определения пути протекания реакции в гетерогенном катализе // Математические методы в химии: Тез.докл. 8-ой Всерос.конф. 27-29 окт.1993 г. - Тула, 1993. - С. 181.

3. Косивцов Ю. Ю., Матвеева В. Г., Санников О.Б. и др. Экспертная система для оценки гетерогенных каталитических реакций // Методы кибернетики химико-техн.процесссов: Тез.докл. IV межд.конф. 14-17 ИЮНЯ 1994 г. - М., 1994. - С.128.

4. Матвеева В.Г., Сульман Э.М., Косивцов Ю.Ю. и др. Использование математического моделирования для изучения процесса получения линалилацетата // Математические модели нелинейных возбуждений, переноса динамики, управления в конденсированных системах и других средах: Тез.докл.Росс.науч.конф.с участием зарубежных ученых. 28-30 июня 1994 г. - Тверь, 1994. - С. 97.

5. Сульман Э.М., Анкудинова Т. В., Сидоров А.И., Косивцов Ю. Ю. и др. Моделирование каталитического синтеза полупродуктов витамина Е // Математические модели нелинейных возбуждений, переноса динамики, управления в конденсированных системах и других средах: Тез.докл.Росс.науч.конф. с участием зарубежных ученых. 28-30 ИЮНЯ 1994 Г. - Тверь, 1994. - С.101.

6. Косивцов Ю.Ю., Сульман Э.М. Автоматизация построения кинетических моделей с помощью применения системы искусственного интеллекта // Математические модели нелинейных возбуждений, переноса динамики, управления в конденсированных системах и других средах: Тез.докл.Росс.науч.конф.с участием зарубежных ученых. 28-30 июня 1994 г. - Тверь, 1994. - С.106.

7. Шкилева И.П., Сульман Э.М., Косивцов Ю.Ю., Кожухова А.И. Применение компьютерной программы для создания процесса получения полупродукта синтеза идебенона // Информатизация медицины и здравоохранения Тверской области: Материалы I Регион, науч.-прак.конф. 1994 г. - Тверь, 1994. - С.73

8. Матвеева В.Г., Сульман Э.М., Косивцов Ю.Ю. и др. Вариант использования прикладных систем построения математических моделей в синтезе полупродукта витамина А // Информатизация медицины и здравоохранения Тверской области: Материалы I Регион.науч.-прак.конф. 1994 г. - Тверь, 1994. - С.74.

9. Косивцов Ю.Ю., Сульман Э.М., Санников О.Б. и др. Описание химических реакций получение витаминов в терминах объектов // Информатизация медицины и здравоохранения Тверской области: Материалы I Регион.науч.- прак.конф. 1994 г. - Тверь, 1994. - С.75.

10. Косивцов Ю.Ю., Сульман Э.М.. Сидоров А.И., Усанов А.Е. Метод усредненного выбора экспериментальных данных при разработке моделей жидкофазного гидрирования // Математические методы в химии и химической технологии: Тез.докл.9-ой Межд. конф. 29 июня -1 июля 1995 г. - Тверь, 1995. - ч.2. - С.60-61.

11. Сульман Э.М., Ермакова А., Косивцов Ю.Ю. и др. Упрощенная методика расчета реактора с неподвижным слоем катализатора для процессов жидкофазного гидрирования // Математические методы в химии и химической технологии: Тез.докл.9-ой Межд. конф. 29 июня - 1 июля 1995 г. - Тверь, 1995. - ч. 3. - С. 97.

12. Сульман Э.М., Косивцов Ю.Ю. Разработка непрерывных процессов гидрирования в синтезе витаминов // Наукоемкие хим.технологии: Тез. докл. III Междунар. конф. 11-15 сент.1995 г. - Тверь, 1995. - С.78-79.

13. Математическое моделирование процессов переноса и химических реакций в трехфазных системах / Сульман Э.М., Ермакова А., Косивцов Ю.Ю. и др. // Ж.физической химии. - 1995. - т.69. - N 8.

- С.1489-1492.

14. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ 960117 Россия. Комплекс программ для расчета основных параметров каталитических реакторов селективной гидрогенизации / Ю.Ю.Косивцов, М.Г.Сульман, Э.М.Сульман. - 1996.

15. Матвеева В.Г., Косивцов Ю.Ю. Применение математического моделирования в синтезе полупродуктов витаминов А, Е // Межвузовский сб. научн. трудов "Синтез биологически активных веществ".

- Тверь, 1996. - С. 100-106.