автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация совмещенных процессов ректификации с каталитической реакцией

Российский химико-технологическнй университет пм. Д. И. Менделеева

Г. 3 од

• . сц .1 .-.I На правах рукописи

и / Й^Н Ьзи

НГУЕН БА ТИЕН

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ РЕКТИФИКАЦИИ О КАТАЛИТИЧЕСКОЙ РЕАКЦИЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ПОЛУЧЕНИИ КУША)

05.17.08 — Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1993

Работа выполнена в Российском хнмико-техно-логическом университете им. Д. И. Менделеева.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Комиссаров Ю. А.

Научный консультант — доктор технических наук, профессор Писаренко В. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бояринов А. И.; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Михайлов Г. В.

Ведущая организация — Государственный институт азотной промышленности (ГИАП, Москва).

циализированного совета Д 053.34.08 в Российском химико-технологическом университете (125190, г. Москва, А-190, Миусская пл., 9).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре университета.

Автореферат разослан Ос/ахёдХ^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Защита диссертации состоится

на заседании спе-

Д. А. БОБРОВ

Общая характеристика работы

Ак ту альност ь_1цю Схемы. Расту и^е потребности народного хозяйства в материалах и продуктах органического синтеза приводят к поиску л разработке высокоэффективных способов ведения процесса с минимальными онерго- и ресурсозатратами.

В последнее время,в связи с возрастающий интересом и реакцион-но-массообменным процессам, в зарубежной и 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 алкилирования бензола пропиленом является одним из основных в производстве фенола и ацетона купольным методой, т.к он во многом определяет технико-экономические показатели производства в целой. Однако механизм и кинетика указанной вшзе реакции изучена недостаточно подробно. В частности, не установлен детальный стадийный ыэханиэм реакции алкилирования 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 (КПБ), ибо скорости образования ди- и три ШБ также значительны.

В связи с этим, разработка нового катализатора, лишенного вышеуказанных недостатков, установление механизма кинетики химической реакции н математического его описашя, в условиях совместного протекания химической реакции п процесса ректификации, является актуальной задачей.

Диссертащонная работа выполнялась в соответствии о координационным планом научно-исследовательский работ № России по направлению "Теоретические основн химической технологии", проблема 2.27.6.4 -разработка методов моделирования и оптимизации совмещенных процессов.

Цель_работн. Моделирование и оптимизация хеморектифжационного процесса алкилирования бензола пропиленом. Установление механизма кинетики химической реакции на новом катализаторе и его математическое описание. Моделирование каталитического процесса алкилирования бензола пропиленом на зерне алюмосиликатногос катализатора/1<3-2 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:

1.Предлагается 3 механизма получения ИПБ из бензола и пропилена и их математические модели.

2.Для оценки констант кинетических моделей предлагается новый метод определения точки минимума функции многих переменных в овражных ситуациях, предусматриваюи^й использование сплайн-^нкций (кубические и квадратичные).

3.Оценены кинетические константы всех трех конкурирующих кинетических моделей и осуществлена проверка их адекватности экспериментальным данным.

' 4.Разработана математическая модель зерна катализатора /4S-Ü 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.

5.Разработана математическая модель гетеро генно-каталитическо-го реактора алкилирования бензола пропиленом и метод ее решения.

6.Разработана математическая модель совмещенных процессов многокомпонентной ректификации с учетом химической реакции алкилирования бензола пропиленом.

Практическая_цеиность;_

I.Разработанные математические модели зерна катализатора и ге-терогенно-католитического 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 , позволяющий полное исчерпание

пропилена, селективность по ИПБ - 83 %, конверсия по бензолу - 20 %.

3.На основании теоретических и экспериментальных исследований кинетаки 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 я год ом синтетического спирта для возможной реализации в произгг'цгтвс |[оно.,г;-ч;>отоиа кум0.1ьньм методом.

5.Реализация совмещенного процесса с использованием катализатора увеличивает производительность в 2. раза в сравнении с фос-форнокислотным, при снижении побочных продуктов в каталиэате в 15 раз (с 1,5 % до о,05...0,1 ^снизит* энергозатраты на 28%

Апробация ¡работы. Результаты работы были доложены на научно-технической конференции молодых ученых и студентов РхТУ им.Д.И.Менделеева (г.Москва 1992г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Математические методы в химии (.ММХ-В), Т^ла, 1993 г.

По теме диссертации подготовлены и сданы в печать 3 статьи и I статья депонирована в ВИНИИ1.

Объем £аботы_. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, общим объемом 175 страниц (в том числе -40 рисунка, •/£ таблиц, список литературы из $ / наименований).

СОДШКАШЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность работы, изложено ее содержание, цель и задачи.

Глава I ._литерат^р|шй обзо£.

Проведен обзор литературных источников математического описания совмещенных процессов - химической реакции и ректификации. Приводится обзор расчета фазового равновесия, кинетики ыассопаредачи, а также математические модели каталитических процессов. Приведены виды катализаторов при ал кил про ваши бензола пропиленом.

Из обзора следует, что наиболее объективным, но сложным является метод описания реакционно-массообменных процессов, учитывающий влияние химической реакции на массопередачу. В то же время метод, учитывающий химическую реакции на уровне балансовых соотношений, является наиболее разработанным и апробированным. Он требует лишь знания о чисто химических или чисто фазовых закономерностях процесса.

Совокупность математических моделей химических реакторов, в частности, для жидкофазных каталитических реакций, с неподвижным слоем катализатора при прямоточном движении газа и жидкости - трехфазном неподвижном слое 1ЧНС), позволяет точнее описывать сущность процесса. Однако они требуют дальнейшего развития.

В разделе, посвященном промышленному использованию катализаторов в процессе алкилирования бензола пропиленом, показанн преимущества и недостатки хлористого алюминия, фосфорнокислого катализатора, серной кислоты и цеслитных катализаторов. Утот анализ позволяет осуществить дальнейший поиск высокоэффективных путей по интенси-

фикации процесса получения ШБ с помощью создания новых катализаторов и ¡совмещения реакторно-ректификационных процессов в одном аппарате с использованием современных методов математического моделирования и оптимизации.

Глава £.Исследоваше_механмзма_и_кшетики реакции алюшщования (_':Н зо л а прогшленом_на алюмосиликатком катализаторе..

Ос-Н(."Жым недоста:ко!.; каталитических систем, синтезированных на ссног^ ц-'олитоь и фосфсгиых, полифосфорных ю1 слот является низ-кеЯ. сепективмо';ть реак-дии по отношению к скорости образования целевого продукта - и г:. пр о п л л бе н з о а. При отом необходимо отметить, что цеолитн,ые катализаторы позволяют достичь высокой конверсии исходных реактантоп при г.'.вьпенной температуре, а фесфорнокислотны? катализаторы способствуют усилении процссс,~з горрозин аппартгурн и склонны к образованию продуктов уплотнения, что затрудняет выгрузи катализатора из прсмы.илекного реактора.

Для устраненкл указанных выше недостатков. г.-.рактерных дл} 1 известных проваленных систем, разработан новый ¿июмсиликатный катализатор, прокотированные катиона!.« П к 1И групп периодической таблицы Д.И.Мевделеета. Новый катализатор обладай* псышенной селективностью в о'Гноиекпи целевого «фодугта,низкотемпературен и и» всет коррозии реакторного оборудования. Он не сдваивается, «.егкз гружастся п подвергается многократной регенерации. Срок слуг.о'и из— сколько -ст,

Анализ литературных данных пока! :лает, что основные гехдниэкы кислотнокаталиэ: «рубина реакций ал кодирования бек-золг. г-тогегле^оы используют в своей основе двухцентровые шпадпдо г^.горбцин и катализа и концепцию одноцентрового ударного •:. .• .:

На основе этих концепций.г.остули'уы. •:">':,п-.п'у^к механизм?

получения ШБ из бензола и р. опилена. Механизм представлен в таблице 1.

При проведении стаотовых экспериментов при варьировании во входном потоке реактантов не только конце нтрщ;и ими исход;:.'-х реагентов, но и концентрациями прод^.стов р. .кши - ИПБ, мета-ди ШБ, пара-дн ШБ бьию установлено, что на алюмосиликатных катализаторах в температурном ,• диапазоне 170-220 °С протекают не только реакции алкилиро-вания бензола и ШБ пропиленом, но и реакции диспропорционирования (траисалкшшрования) ШБ и реакции изомеризации ди ИПБ. Для этих предположений стадийных характер химических превращений будет представлен совокупностью элементарных реакций (механик 2) - табл.1.

Таблица 1

|ы ехааизм 1 Механизм 2 Механизм 3

! ! 1 1. С3Н6 + ^ сЗН6е1 С3Н6 + -в- ^ СдН^

! 2 | з 2. С6Н6 ■&> С6Н6в2 СзН^Г ■+■ С6Н6 ^ СзН7С6Н5-^

! з 3„< С3Нбе1 + С6Н662 =5=" °3Н7С6Н5е1 С3Н7С6Н5&' ^ С3Н7С6Н5

! 4 1 4. С3Е7СЪА^1 ^ С3Н7С6Н5 'Ч С3Н?С6Н5Ч- С3Н6-в--г мега-(03^)2^46-

1 ] 5 5. с3н7сбн5 + 'в2 ^ С3К7С6Н5®2 мета-(с3Н7)2С6Н^в'^гмета-[с3Н7^С6Н4+-в'

! " 1 о 6. С3Н7С6Н5е2+ С3Н6^1— мета" (С3Н?) 2С6Н4®1 + -®2 С3Н7С6Н54- СдН^е- ^пара-(чС3Н7)2СбН4в'

1 ! 7 1 7. тта-(с3н7)2с6и^=^мата-(с3н7)2с6н4 + пара-^С3Н7)2С6Н4в'^гПара-(СзН^2СеН^-в'

1 8 8. С3Н7С6Н5^2+С3Н6-е'1^пара-(СзН7)2СбН4в1 + ^

1 1 9 9. пара-(с3Н7)2С6Н4-в-155:пара-(СзН7)2С6Н4 +

1 ! 10. С3Н7С6Н^3Н7С6Н5-в'1-м9та^зН^СбН4-в-1+С6Н6-в'1

| И. мзта~(с3Н7)2С6Н4-в'1 МЭТа-(с3Н7)2С6Н4+-^1

1. 12. С6Н6®1 ^ С6Н6 Ч

рассмотрен также третий, ударный, конкурирующий механизм реакции шйшлорования бензола пропиленом. В этом случае стадийный механизм химического превращения представим в виде механизма 3 -табл.1 .

Для всех конкурирующих механизмов были получены кинетические модели и их решения, осуществлена проверка адекватности 3-х конкурирующих моделей экспериментальным данным, получены кинетические константы для всех конкурирующих моделей.

Дня оценки кинетических констант химических реакций использование методов Розенброка, }(ука-Дживса, Ыарквадта, квазиньютоновского, классического метода оврагов, показа.1!о медленную сходимость к точке минимума. Поэтов был разработан новый метод с использованием кубических и квадратичных сплайнов.

Предполагаем, что численные значения функции .{-(х) между двумя узловыми точками Х^ и Х^рассчитывоются с помощто кубического сплай-

«а ==■ + К^+К^Х3

Определим услогпя сопряжения сплайнов:

на левой гршеще :

= ; = О

В узле 2 ; , ,

Р^) = Чг. ■ Р.^г) =

Рг(*г> ' РЛ^) ^ рДх^ ц)

рТС К)-* ; =

На правой границе :

; ] ' 0

Для расчета коэффициентов кубических сгыишюв составляется блочно-диагональная матрица и) со смещенными друг относительно друга блочными, клеточными матрицами.

Из системы уравнений (2) получаем:

К =

Тг = - Р2Н в,?, + Л" % '

= + ь - о)

t ......... т4 <Ы t» >• О о о о о 00 ^ >» >» • о о -1 о 1

II

3 « «и см M N со £ ■и <М СО -4« OJ « со « - 1

g i 1 Ç

Cl)

? n a

rif^Vf

¡4 1

1 • t ii

I rfi 1Л 1

' o rj( x и i о i

1 I I

I о о и ^ I ri?*' cv>-^

О Q H И

I

0 _____ _

1 Isf^sir t • i

g I су Щ ^ CV

g I I I . evo

ti Oí ool

ta i о г-н ^и -1 ^ i o «h

i ' I

l^o q H HjO o

^^ S" $ If

N M ^

тЧ OJ

и O O H

I

en 's* О ^ « X I О

т-f »-4 О О О

- В -

"¡Л'ГЕ/М'В,

к-ь» ^

;4)

Из последней системы уравнений 13) следует, что если элементы вектора известны, то известны и компоненты векторов*К^, и т.д.

Используя первые три уравнения (3) и последнее уравнение системы (2) получаем:

Л

р,

>( Р^ 'Ц

Таким образом разработан новый алгоритм решения системы линейных уравнений,коэффициенты которых определяются блочнодиагональны-ни матрицами со г двинутым; относительго друг друга неточными матрицами .

Итак, аппроксимация непрерывной функции кубическими сплайнами позволяет получить аппроксимационные зависимости, позволяющие с высокой точностью определять численные значения нэкоторой функции в заданном интервале, но одлако эти зависимости не обладают прогнозируемыми возможностями, т.е. не позволяют прогнозировать поведение непрерывной функции вне заданного интервала. Дня решения этой задачи были использованы квадратичные сплайны вида : р^ОО = Км + +

Используя,как и для аппроксимации кубическими сплайнами непрерывной .фикции 4^) , метод прямой и обратной прогонки, получаем системы матричных уравнений дму расчета значений коэффициентов квадратичных сплайнов. Полузшше сплайн-аппроксимации непрерывной функции используем для построения алгоритма поиска минимума функции многих переменных в овражных ситуациях.

По критерия Аагао (1^) бша осуществлена проверка адекватности всех 3-х кинетических моделей на соответствие имеющимся экспериментальным данным.

Критерий Тч : , 2

где : Ъ = 21 1*1 - ж )г

Л*1 N -»

"Т = 51 т =

с ' 4"=< " '

о^- получена на основе 12 повторных измерений;

матрица, на основе матрицы остатков по 32 опытам.

Для конкурирующих моделей 1,11 и 11 имеем, соответственно 1^= 10,5; ■ Ь,6; Т® = 9,Ь, ТКр = '<",66, т.е. гллько вторая модель может быть признана адекватно отражающей экспериментальные

данные.

Таким образом, в результате проведения кинетических исследований построена кинетическая модель реакции аякилирования бензола пропиленом и по экспериментальным донным оценены константы модели. Показана адекватность модели эксперименту.

Глава 3. Моделирование процесса_алкилирования_бензола_

пропиленом на зерне алюмосиликатного катализатора

По завероеник исследования механизма химической реакции и построения адекватной кинетической модели переходим к изучению процесса на зерне катализатора.

Нестационарная ьюдель зерна катализатора имеет вид:

6!г .....г

Л")

дь 1,4 4 Ъпг 1 дк' ^

Начальные условия: . . „а , - л

Т(л,о) « Ть(л) Граничные условия (задача Дирихле)

+ >о л «о эои^о = 0 ХжА>.

1 ' ' ' дк

ЭТигУ _ 0

к «я с* с.*,.*) = ■■ ¿--=^...,5-

т СЛ-^) = Т™т(к)

Граничные условия (задача Неймана):

Л-= О о •

дГь

д _ о

Л = Я = -кЛс-Л ; ^...¿Г

ЛеФ|ЕЛ = -о(СТ-ТпЬГ)

индексы 1,2,3,4,0 - откосятся к веществам, соответственно, пропилену, бензолу, И1Б, пара-ди Ш1Ь, мета-ди ИПБ.

Для решения дифференциальных уравнений в частных производных параболического типа используем равномерно регулярную неявную разностную схену.

' Была составлена программа расчета профилей концентраций и температур в зерне катализатора. Для проверки правильности полученных результатов была составлена дополнительная программа, реализующая метод прямых.

С использованием составляемых программ анализировалась селективность реакции алкилирования бензола пропиленом. Показано, что в интервалах давлений 0,1...0,Ь Ша, температур - 170...200 °С и мольном отношении бензол¡пропилен более 6:1 образования диолкилбсц-золов практически не происходит на гранулах катализатора с эквивалентным диаметром менее б мм. В интервалах давлений 1,0...3,0 Ша, температур - 170...210 °С и мольном отношении бензол:пропилен более 10:1 синтез диалкнлбензолов на происходит на гранулах катализаторов • с эквивалентным диаметром зерна менее 4 мы.

• Дополнительно оценивадось по модели зерна влишме на величины фактороп эффективности ~ и ' (степень использования в«|утренне51 поверхности катализатора) давление в реакторе, температуры и состава сырья, порозности катализатора, размеров зерна, коэффициентов диффузии отдельных компонентов.

Следует также отметить, что разогрев отдельной гранулы катализатора при любых условиях проведения процоссь (при условии, что мольное отношение бензол-.пропилен не менее 2:1) градиент темлерату-ры не превышает 25...30 °С.

Таким образом, анализ процесса алкшшровашя бензола пропиленом на. позволил получить необходимую информацию для проведешя моделирования процесса на следующем уровне иерархии - в каталитическом реакторе. '

Глава 1У. Моделирование гете^огенно-каталитического Е°актора_ алкили]эования бензола пропиле ног,и

Математическая модель реактора алкилирования бензола пропиленом имеет вид:

ЧГ - 1

4-

¿Г-О — о

чГ - -?)- о

= (д ^(сч1)

я _ ЭСи^г^а +1.

^ at -л ал

- <*пЖ$гзЧтг-т*-) ч-о^Чт^т*) - о

Начальные условия :-{;=. О С,Г= ) . С.,**» О, (оД*.)

С? = ё^Со/Л). Т*=Т"(оЛ'0, Т^Тж(о^Л);ТГ=ТГ(оЧ,ч) Граничные условия

I уо > и = О й4Г- ' . ; С? -

+>0, Л»0 эсГ «этг'.^эт^о.

¿л э»г а* э*. ' ал.

0 'г ,-,-сг тгч_Лг5ТГ , ^ (т - - "Г = л { >0 , л - Я - т ) - А у- ; ч! ад.

¿с£ _ _ о • = ^

Ж" " дп - ' ЭЛ.

гдп: индексы Г4, К, ел" _ газовая, гшдкая^^&зы, катализатор, стенка реактора, - концентрация пропилена;^^«"^ С-г^З - концентрация реактантов в жидкой фазе бензола, ШБ, мета-ди ШБ, ¡'ЛБ; Т - температура.

Р, X - коэффициенты радиального перемешивания подвижной фазы и теплопроводности подвижной фазы; К*) = I ; ^^ — К-С

2,...Ь - коэффициенты массопередачи; (А- коэффициент теплопередачи; ТА-- линейная скорость потока; - удельная поверхность раздела фаз; - константа Генри; ^Д^,} - . 1а * ^

I - 2,- факторы эффективности по веществу; Ц) = \п .-^ > = ^ £.= 1,2,3 - факторы эффективности по маршруту реакции; тепло-

вой эффект реакции соответствующий ьоцу маршруту; - тепло-

емкость и плотность фазы; - ( скорость по 1-му

веществу и вектор скоростей по 2,...5 веществам; ^ - скорость реакции по ¿-му маршруту; К - радиус реактора; - координаты по радиусу и длине реактора.

Для решения систем дифференциальных уравнений с двумя пространственными переменными использовали метод расщепления. Составлен алгоритм и программа расчета нестационарных режимов работы каталитического реактора. Однако последняя требует достаточно больших затрат машинного времени для расчета стационарных режимов эксплуатации промышленного оборудования. Так, в частности, расчет одного переходного режима реактора алкилирования бензола пропиленом на ЬШ АТ-2В6 'занимает около 1,5 часов работы. Поэтому была составлена программа, реализующая интерполяционный интегральный коне-шо-разностный метод, снижакшртй время счета до 10... 15 минут.

Анализ процесса по модели показывает значительный разогрев реакционной смеси в слое катализатора. Причем величина разогрева в адиабатических слоях может превышать 60...80 °С, если мольное соотношение бензол:пропилен в смеси менее 3,5:1, наибольшие градиенты температур наблюдаются на первых 0,5...1,0 м по высоте каталитического слоя. С увеличением температуры с 433"К до 473°К селективность процесса по ИПБ резко падает. При увеличении мольного отношения бен-зол:пропилен селективность процесса возрастает, что косвенно связано с уменьшением величины адиабатического разогрева в реакторе. Расчеты по модели показали, что с ростом объемной скорости конверсия монотонно падает, а селективность при этом монотонно возрастает.

Снижение величины разогрева в сдое катализатора, приводящего к увеличению селективности и некоторому снижению конверсии, достигается секционированием реактора с организацией промежуточного теплообмена между секциями. При этом наиболее благоприятным вариантом организации процесса является секционирование реактора на три секции при соотношении обьеыов катализатора в них 1:1,2:2.

Между 1 и П, П и Ш секциями находятся вшосние теплообменники. Пропилен подается на вход секций 1,П,Ш в мольном отношении беи-Еол:пропилен соответственно 12:10:100. При такой организации процесса достигается практически полное исчерпание пропилена, конверсия по бензолу достигает - 20 %, селективность по ИПБ - 83 %.

Глава У. Разработка_алгоритоа_р!кчета_соямеденных_ процесс о а

Основу математического описания явлений, происходящих в :'.сис~ ректификации, составляют уравнения, описывающие обычную ректификацию, при допущеши, что хмническая реакция протекает, допустим, з жидкой фазе.

В соответствии со схемой материальных потоков тарельчатой каление покомпонентный ¡оторигльикй баланс определяется слсгукуей системой уравнений:

ЧЦ +*и4)Хи - О - дефлпгаатор

^' 4)=0 Н* тпР"-,:!а

и Хкна ~ ^ Ъ;,I ~~ - куб

Тепловой балр.нс:

М^ - (Ц К, - ^ Н < + <3. л --= о г-ф-г^тор

'' - ^-Л - ^ • +

-V- Н Л"' ( Г' ] — ("--.г таре»-'".

"Г | • . _ -1 ' ' И ' »-VI \ 1 / -

ь^ +■ н 1- V,] нм - Ц, Ь м -г 3 м о зуб

* _ Хдч - -4- ^

ч

.....

- ; ~ Ч >-> "" -¡Г Ц. -Ч

4 1-

где: - паровая фаза поступающая на тарелки, отбираемая с

¿.-ой тарелки, соответственно; , - жидкая фаза покидающая ^--тарелку, отбираемая с тарелки; , - питание на ¿--тарелку; Х-,- и,.- - концентрация ¿-го компонента в жидкости и паровой фазах; ~ энтальпии потоков пара и жидкости; - тепловые нагрузки; АИ^ , -л «. л)р _ тепловые эффекты реакции соответствующих р -маршрутам; Л1^ - скорости реакции по р -маршрутам;

■I = А,<.., <«- - скорости изменения концентрации реактан-тов; V ■ ■ - эффективность тарелок; и.* ■ - равновесное значение

у^А _ О г-ч ' С

концентрации пара; , г - парциальное давление -го компонента И в колонне; X,-- ,1?.;- коэффициент активности, фугитивности соот-I ' ч

ветственно.

Для расчета профиля концентрации и по высоте колон-

ны применяется метод простых итераций совместно с методом Ныотона--Рафсона, Метод простых итераций используется для получения хорошего начального приближения для ускорения метода Ньютона-Рафсона. В работе представлен алгоритм расчета.

Вычислительные программы показывают устойчивую работу при расчете реакционно-ректификац!онных аппаратов, если число секций не ■ более число компонентов не более Б, число маршрутов химической реакции не более 3.

результаты моделирования совмещенного реакиианно-ра ктификаци-онного процесса показывают, что при подаче в 3-ю секцию 10-ти секционного аппарата 1и кмоль/ч бензола и 2 кмоль/ч пропилена в катализате (ИПБ) содержание диалкилзамещенных углеводородов менее при давлении 2,0 Ша и температуре реактантов 1Ь0 °С. При подаче питания в 4 секцию, при аналогичных условиях, содержание побочных продуктов в катализате 0,1 %. То есть совмещение процесса при синтезе кумола'с использованием катализатора АЬ"2 позволит увеличить производительность единицы реакционного объема в 2 раза (в сравнении с фосфорнокислотным катализатором) и в 15 раз снизить побочные продукты в катализате.

Заключение по диссертации

1.Разработан новый алюмосиликатный катализатор , кото-

рый обладает повышенной селективностью, низкотемпературен и не вызывает коррозии реакторного оборудования.

2.Составлены 3 механизма реакции алкилирования бензола пропиленом на алюмосиликатном катализаторе Л3 -2 и их кинетические модели.

3.Разработан новый метод определения точки минимума функции многих переменных в овражных ситуациях. Новый метод способствует значительному сокращению расчетов на 1>ВМ по основным этапам построения математических моделей. Показана адекватность модели эксперименту по 2 механизму реакции.

4.Разработана ;латематическял модель зерна катализатора

в стационарных и нестационарных условиях. Составлен алгоритм решения математической модели.

Ь.Разработана математическая модель гетерогенно-каталитичес-кого реактора алкилирования бензола пропиленом и метод ее решения.

6.Разработана математическая модель совмещенных процессов ректификации с химический реакцией, составлен алгоритм расчета.

7.Проведенные исследования и расчет позволили определить оптимальные конструктивные и технологические параметры совмещенного процесса (увеличение производительности реактора в 2 раза, повышение качества товарного продукта - ИЛЬ) ректификации и химической реакции. Результаты исследования переданы >финскому заводу синтетического спирта.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1.Нгуен Ба Тиен, Комиссаров Ю.А. Моделирование и оптимизация

совмещенных процессов ректификации с каталитической реакцией// Все-росс. научно-техн. конф. "Математические методы в хумии (ММл-Ш". Тез.докл., 1993.

2.Нгуен Ба Тиен, Комиссаров В.А., Писаренко В.Н. Расчет интенсивных режимов реакционно-ректи({икационных процессов// Там же.

4Н гуен Ьа Тиен, Писаренко В.Н., Комиссаров Ю.А. Исследование механизма и кинетики реакции алкилирования бензола пропиленом на алюмосиликатом катализаторе// Деп.ВШШИ №2в26-В93 от 1993г.

'к.Писаренко В.Н.,Нгуен Ба Тиен, Комиссаров Ю.А. Метод оценки кинетических констант (в печати).

б.Писаренко В.Н.,Нгуен Ьа Тиен,Комиссаров С.А.Моделирование процесса алкилирования бензола пропиленом на зерне шшмосиликат-ного катализатора Аб-2 ( в печати). б.Писаренко В.Н.,Нгуен На'1'иен,Комиссаров Ю.А. Моделирование ие-терогенно-каталитического реактора алкилирования бензола пропил леном ( в печати ) 7. Нгуен Ба '1'иен Моделирование и оптимизация совмещенных процессов ректификации с каталитической реакцией // Ух Московская кшнф. молодых ученых с междунар.участием "МКаТ-у2". Тез.докл.