автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Оптимизация и расчет процесса получения полистимулина А-6

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. Р. БЕРУНИ

На правах рукописи

АБДУВАЛИЕВ Абдувахит Туланович

ОПТИМИЗАЦИЯ И РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСТИМУЛИИА А-6

Специальность: 05. 17. 08 — процессы и аппараты химической

технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ — 1994 г.

Работа выполнена на кафедре «Гибкие автоматизированные производственные системы» Московского химико-технологического института им. Д. И- Менделеева и на кафедре «Автоматизированные системы управления» Казахского химико технологического института.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Перов В- Л.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ризаев Н. У-кандидат технических наук, доцент Рахимов И. В.

Ведущее предприятие: Институт удобрений АН Республики Узбекистан.

Защита состоится « (? » ЫЛ^ЛЛ 1994 г.

в часов на заседании Специализированного Совета

Д. 067. 07. 22 в Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни по адресу: 700095, г. Ташкент, ВУЗгородок, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, гл. корпус, ауд. 602.

С диссертацией можно ознакомиться в Межвузовской фундаментальной библиотеке (Ташкент; ВУЗгородок, ул- Университетская, 2, ТашГТУ, гл. корпус).

Автореферат разослан « » 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета д. т. н., профессор

АЗИМОВ Р. К.

СС-зря характеристика работы

Актуальность проблемы

г- свкзл с растущей потребностью общества в продукции сель-око; о ••..зяйсгва исключительно застое. азачекие приобретают современные, отвечающие требованиям зкогогаи, высокоэффективные методы интенсификации сельскохозяйственного производства.

По эффективности лособый интерес представляв! использование природных регулитсроа росте, растений (фитогормо-нов) : ауксинов, гиббе^гкгсз, яггаииоз, абсцизово? кислот», а такие 'их многочисленны? гянтетяческия аналогов. -Однако, широкое применение регуляторов роста и развития растений до сих пор сдергивалось по причина кскаояктельнЬй слоявостт' способа внесения препарата в яочзу з'связи с весы» узкой-областью концентраций стимулирующего -эйстзпй. Зсть причины-, и чисто' биологического характера, ограничивайтекссользоваигге препзра-■ этоа группы, связашше с трудностью введение регулятора в •ьтимальнуа фазу биорнтма, когда стимулирующее действие этик .оединений проявляется значительно сильнее.

В последние годы успешно разрабатывается козы?» способ применения наиболее активных регуляторов роста к развития. даете -ний, основанный на использовании их в виде полимерных производных, з которых активнее зешетво сзквакс с цепью полимора-носителя гидролитически лабильной связь» а способно выделяться из система постепенно в оптимальны:-', доза::.

•Исходя из этого принципа на сегодкгаЕПй день синтезированы полишрнш ярокззодздо практически' всех групп £лгогеркоко'в п их синтетических аналогов и показана в усодлиях лабораторных, вегетационных я полевых испытаний высокая еффактиднос«. таких препаратов, названных "Погглтжгулнаама". •""

Для получен.м полимеров, содаркапда' остатки ауксинов применяется известные нетодц: 1)полн!кризашюиний; 2)яояикондеи-сациошшЯ; 3) замехеагга з цепи полимера-носкееля. Панболеа ы-рокое раопространекке- получка последний' метод, согласно которому активное гел'дстзо внедряется - в цепь полимера- носителя я виде функциональной группы. ■ -

В связи с зтим ктшвчятелько зажатое значение приобретают-процессы соподамерилац:»!, ток как от условий проведений агой реакции зависит содержание активного вецестпз . в. соцг'/й^-ре,

распределение по составу сополимера и его микроструктура.

.Высокая экзотермичность большинства процессов (со)поли;л;-ризацшг,. а также, гетерофазность некоторых из них в значительной1 степени' влияют, «а качество получаемого продукта. Учитывая высокую.стоимость большинства регуляторов роста растений выбор оптимальных, реакционных условий,, приводящих к увеличению выхода продукта, и; обеспечивающих поддержание необходимого температурного ."»ежима,.'.имеет большое значение.

•.В. связи'с тем-,, что. промышленное производство Полистимули-ков находится:на стадии1 разработки' и освоения, а также недостаточной изученность»' механизмов ймевда место реакций, при разработке принципиально!"! тсхнодогическбй схемы, синтеза предпочтение отдается .периодический процессам как наиболее близким к лабораторным условиям и обладающим.. определенной степенью гибкости !для дал'ьиейпего соверсенствования технологии.

Поэтому диссертационная работа была посвящена созданию эффективного • периодического производства Полистимулина А-б, обеспечивающего необходимое качество производимого продукта.

Цель 'работ»

Целью работ является: : ' .- на основе разработанных математической модели и методики расчета полшеривациошшх реакторов выбрать необходимое оборудование для технологической схемы получения Полистимулина А-б.

- разработать методическое, . математическое.и программное обеспечение для- проектирования оптимальной : технологической схемы получения Полистимулина А-б. ,

Научная новизна

Предложены:.

- математическая модель процесса гетерофазной сополимери-зации аллилового эфира 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и акриловой кислоты; ■ .

-распределенная во времени дискретная подача активного сомоноыера в реакционную среду с целью уменьшения смещения состава.сополимера и увеличения содержания активного веществе ь продукте,-а также алгоритм расчета оптимальных доз'активногс сомономера. . .

Разработана универсальная, методика проектного расчета ста-

дин сополимериэации, позволяющая выбрать тип я косфукцию реактора, а такхе рассчитать условия безопасного ведения процесса, исключающие тепловой взрыв.

Практическая ценность .-•■.'

Разработанные модели, методы и алгоритмы практически применены при создании опытно-промышленной установки производства Полнетимулина А-б. . ■ . .. ' •

Экономический эффект получён за счет выбора реактора оптимальной конструкции для стадии сополимеризации, оптимизации, технологических режимов для этой стадии, экономии сырья 'и энергии, сокращения затрат на утилизацию отходов производства. •

Суммарный, подтвержденный актами о внедронщ результатов работы,• экономический эффект составляет 40 тыс. .рублей в год (в ценах 1991 года). . .

Апробация . • .'

Основные результата диссертационной работы докладывались и ■обеуидзлись на 25-й научно-технической конференции молодых ■ученых МХТИ им. Д. Л. Менделеева, Москва, .1989; 26-й научно-технической конференции молодых ученых' ЮТИ пм. ' Д.И.Менделеева,'' Уосква, 1930. ' »

Публикации , •

По теме диссертации опубликовано 6,'печатних работ.

Структура и о'ъеч работа

Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глзв и основных выводов, изложенных ла 141 страницах. Работа содержит 19 рисунков и 12 таблиц, список -.татервтурн,' . включающий 90 'источников я прялояениа. '•• • .

Содержание диссертационной работы.:

Глава посвящена анализу сусесгвуедих методов ».'оделирова-«1И II оптимизации процессов, киекгаях юото. в реакторах периодического действия (РПД). ' Отмечены достоинства и !»<• достатки ,. РОД для различных процессов. РОД отдается; з ьро- .

.1 юртрах малой тоннахности, а такяе для проведен»'« речкциси-

.• - л -

ных процессов, характеризующихся, значительной длительностью и чувствительностью к широкому диапазону факторов. Проведен анализ используемых методов оптимизации и вариантов выбора соответствующих критериев оптимизации для периодических процессов. В случаях, когда критерием оптимальности является качество продукта ча^е всего ?ПД имеет.-преимущество перед реактором непрерывного действия (РКД).

Б связи с особенность» условий проведения процессов в периодических реакторах исключительно пажое значение для неизотер.чиче с ких реакций -имеет температурный рекик.

Анализ методов оптимизации иоли}.:еризацисиаых процессов показал, что н большинстве. случаев .критерием оптимальности для .этих процессов является качество, продукта. Специфика реакций полимеризации состоит в то», -что основные характеристики полимеров, определяющие фкзико-такеские свойства готового продукта задаются условиями синтеза. Условия синтеза определяются ие только химическим путем реакции, но к в значительной степени такими физическими факторами как' температура, гетерофаз-ность и т. п." ,'•■■''

Качество Ь'ыходяшго- кз1 реактора продукта связано с избира-тельность'ы реакции по тпошш®. к'протеканию хелательных и не-•желательных, процессов. Следовательно представляется принципиальная возмокюсть использовать такую, избирательность - для придания полимэру требуемых свойств путец.выбора наиболее .приемлемого типа реактора.и соответствующего изменения технологических параметров процесса. .'.'/' _■*.

В "главе 2 разработана.кодоль процесса радикальной сополи-меркзацш» в растворе с ссакдением для системы: . аллиловый эфир ' 2,4-дйхлррфеноксиуксусЕой кислоты - акриловая кислота.. На основе экспериментального исследования кинетики сополимеризации .2 гомофазных условиях в среде третичного бутилового спирта (когда.образующийся сополимер растворялся в растворе сомономе-' ров) и в гетерофазных условиях в среде гептана (когда образую-щийс'я сополимер выделялся из раствора в твердую фазу) были построены интегральные (рис.1 а) и дифференциальные (рис.1 б) кривые распределения по составу. Полученные экспериментальные распределения по составу сополимера для. гомофазных игетеро-фазных условий позволили сделать вывод о незначительности влияния выделяющегося в твердую фазу сополимера на состав реакци-

- б -

оиной смеси вблизи поверхности раздела фаз.

0.5

0.5

ИКРС . // Л ' 1 / !/ 2

К 1 ( 1 I I

0.2 0.4 0.6 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8

(а) (б) • ' ' Рис.1 Распределение по составу для гомофазиого (1) и. гетеро-фазного (2) процессов.

Результаты экспериментального исследования состава сополимера позволили использовать при разработке математической модели, процесса сополшлеризации представления окклюзионной теории гетерофазной полимеризации. На основе допущений-, модели Таламини для гомополимеризации:- 1) относенке скоростей полимеризации в обеих фазах постоянно; 2) кинетические константы не меняются с конверсией; 3) составы реакционной смеси в обеих фазах постоянны; 4) содержание полимера в жидкой фазе пренебрежимо мало; - предложена модель гетерофазного процесса сопо-лимеризацяи для исследуемой системы. Согласно этой модели общая скорость конверсии в гетерофазной системе связана со скоростью конверсии в гошфазных условиях следующим образом:

6Ф/<Н - (<1Ф/<1Ь)п (1 + (? Ф) . (I)

где- ■ <? - (Р (1 - УА) - 1) / щ, Р>1, (2)

(с1ФШ)„ - ((!?сх Ма + 2 Мь + Рь Ь'ь ) 2 Г К<1 I) /

/ (7. (Мао + У-Ьо) . (3)

'г = (йа Ма + 2 ,р /?а 1<<х Щ > 7?ь 6Ь >,'§ (4)

^а = \Ftaa ' ^аа -

/ КЬЬ ,

с -

Ф> Кмь< ЦЬол • (5)

ЗРде'гф !?; степень конверсия,. Р. - постоянный коэффициент, учитывающий увеличение скорости конверсии в твердой фазе; к^ -1сопзьЧ> массовая доля сополимера в полимерной фазе; Яь -

¡¿тносительвые- активности сомономеров (аллилового эфира 2,4-Д Кислоты и¡акриловой кислоты, соответственно); #оо , Мде и г-фь-начальные и текущие концентрация сомономеров, соответс-."твекяо; I • концентрация инициатора. Л». Кьь - константы роста цепи, Кб*«, Кип-. Кьн? - константы обрыва цепи. Параметры мо-дели.оире делены минимизацией с уймы квадратичных отклонений. Для интегрирования дифференциальных уравнений использован метод Рунге-Кутта 4-го порядка, а для минимизации функционала -метод Ыарквардта. Проверка кинетической модэли методом анализа остатков показала удовлетворительное соответсвие модели и экс-проиыента. По модели могет быть рассчитана степень конверсии в любой момент времени и состав реакционной смеси.

В главе 3 расчетным путем определено влияние конверсии на качество сополимера. Оценены допустимые пределы увеличения степени конверсии. Обос. оваяа необходимость дискреного дозирования активного сомономера и разработан алгоритм расчета требуемых доз. .'■■■: : ;

Различие в реакционной способности сомономеров приводит к значительному смещению состава сополимера в ходе процесса. Па: раметр смещения, характеризуемый отношением скоростей расходования одного из сомономеров к суммарной скорости расходования мономеров, вычисленный для начального состава смеси (алл иловый эфир 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (А) : акриловая кислота (В) -2:3 составил 1.69. Значительное отличие от единицы говорит о смещении состава с увеличением конверсии в сторону обогащения сополимера звеньями эфира, носителями активного вещества. Однако смещение состава приводит к значительному расширению распределения по составу, что сникает качество готового продукта.1 Кроме того, как показали лабораторные исследова-иип ивСаток эфи;-з в рзакаиовной смеси заметно снижает скорость проц»сч>а. .

На рисунках г и ? прклстчьлены найденные расчетным путем ■лисПерсия распределении. функция распределения по составу и

- 7 - .,.„„.,......

вероятности образования диад из коиокерных звеньев-при-раздан ных степенях конверсии. В результате произведенного'.анализа влияния конверсии на качество сополимера Сила оцовенЗ. /„иакеиЧ мально допустимая степень конверсии, равная 0..5.:.

8.

б 1 :■'.■-'■'.><„

УФ-ОЛ,

4 ■ '. \

2 \ <м

.... 1 _______1

0.2 0.4 0. 6 0.8

конвеосия

0.2 0.4 0< 6-;. р. 8,

состав:,!

Рис.2 Вероятности образования диад Рис.3 функция распределения-" Р'(кривые - 1) и дисперсия распре- по составу при различных. деления ^ (кривая - 2) степенях конверсии•

Для уменьпения смещения состава м увеличения выхода било предложено вести процесс полунепрерывно с распределенной во времени подачей активного соыовомэра п реакционную среду в ходе реакции. Рассчитан оптимальный режим непрерывной подачи мономера с использованием предложенной бифазной модели. В связи со сложностью практической реализации непрерывного дозирования по заданному закону, предгохэно дискретное дозирование и разработан алгоритм рйсчета квазноптииальных доз, их количества и моментов подачи. Согласно этому алгоритму весь процесс представляется в виде N отдельных псртппчсских стадий (ряс.4), причем выходные концентрации на ¡-а стадии рассматриваются в качестве начальных условий дла 1+1. Из рассчитанного состава' .смеси и степени конверсии на выходе каждой стадии определяется оптимальное количество добавляемого сомономера. В таблице 1 приведены количество стадия п дозировка мономера на каждой стадии.

- о -

lo и '. h IH и IM-Í l<V-f V

Ма.о Мц.г Щ,Н iJa.i h!a,M4 í!a."

1 —>~ 2 —к. i —к. — N-l —— N '■У»

Ыь.О Srb,2 Щ. Н Afb , i í'b,/« Мь.лг

1 • 1 ■ Г ' ' . ? Г

Шог) Шо2)2 Шог, ^ Шогг/у

Ь-1 ¿2 t¡ ¿//-1

Рис.4 Схема разбиения на стадии

Таблица 1

Расчетные параметры дискретного дозирования мономера

ti 4

i л 2 3 4

hldoz, i /Ь'ыо 0.70 0.51 0.38 0. 27

Глава 4 посвящена разработке методики и алгоритмов расчета периодических и полулериодических реакторов (со)полимеризации для процессов, сопровождающихся значительным тепловыделением.

Для оценки влияния температурного рехима на качество cono-, лимера- проведена серия .экспериментов при различных начальных температурах и составах реакционной смеси. Относительные активности еомономеров рассчитывались из экспериментальных данных для различных Начальных температур методом Джоши. Полученные зависимости относительных активностей от температуры аппроксимированы аррениусозским.и соотношениями. .Величины энергий активации в sthx соотношениях составили: для эфиря £д - 350 кДк/кмоль, для кислоты Бь- - 15196 кДуУкмолб. Мгновенное значение 'мольной дели эфира в сополимере увеличивается с ростом температуры в' с справедливости неравенства:

Еь % >ь (Уь + fía Хй) t0 Ra ( > Rü >'ь) ■ О

(6)

- ч -

где: Ejj, Еа - энергии активации в аррениусовскнх соатногпе----ниях; ЛЬ, Хь-(1-Ха) - состав смеси. Неравенство не.-вшюлиаетая.-никогда при Еь<0 и Еа>0, что говорит об ожядаеиои . уменьшении содержания аллилового эфира с ростом температуры. • ' :

Проведенное исследование позволило сделать-вывод о ¡¡0?хеда~;. тедьности значительного температурного роста с ,точки вренгл содержания активного вещества в сополимере.. ••.;•..•..*..

Высокая зкзотермичность полимеризационкых процессов ..и неб-' лагопряятные условия теплопередачи в реакционной г среде, могут, привести к термическому воспламенению, ' сопровокд»х;°яуся редким температурным всплеском, что приводит не -только к- слияний качества сополимера, но и чревато аварийной ситуацией.

В работе изучены условия возникновения теплового --взрыва на основе критериев, выраженных через отноиения характеристических времен конкурирующих процессов: расходования ; ищщкаг'орр Li, полного расходования мономеров La, производства тепла теплоотвода Lr и адиабатического индукционного периода - Lad. Для определения величин характеристических времен поставлена серия экспериментов при различных начальных соотношениях сомо-комеров (исследовались кривме конверсии в начальной точке )-V при различных концентрациях инициатора и различных начальных температурах (исследовались температурные кривые в начальной точке).

В таблицах 2 и 3 представлены экспериментальные значения характеристических времен конкурирующих процессов и критических параметров, соответственно, для исследуемой системы в реакторе объемом Q. 04 м3к температурой охлаждения 300 К.

' . Таблица 2

Характеристические времена конкурирующих процессов (с)

Li - Lm Lg Lad - Lr

1 /Kd T0/(dT/dt)0 £>T0 /A(dT/dt)0 (d Cp> V)/(S K)

6700 5455 6500 162 54

где; d, Ср - соответственно, плотность (кг/;/) и теплоемкость (кДж/кг К) реакционной смеси, 5 - площадь поверхности

■......а -10 -

.'охлаждения. (м ). К - коэффициент теплопередачи (кДж/ы с К).

. ■ - - Таблица 3

Критические параметры процесса

: Ьл Ы о

; иа/и? Ш/1ас! И/Ш Ьас1/1е

, - 3. 07 33.67 41.73 0.025

гг, : е г обратная величина безразмерной энергии активации, критерии: а - теплового взрыва. Ъи - критического расхода реагентов, Ы - критического расхода инициатора.

- Безопасная работа периодического реактора, исключающая критический рост температуры, моггет быть обеспечена соответствующе режимом охлаядения, позволяющим выбрать необходимую кс хтрукщш аппарата. г ;

.В периодическом реакторе с системой охлаждения различают• :три фазы (рис.5): 1 - адиабатическую, 2 - максимального охлаядения и 3 - регулирования. Критической является фаза максимального охлаждения. Расчет условий ведения процесса заключается в выборе температуры включения максимального охлаждения Ге, обеспечивающей безопасные условия при фиксированных начальной температуре Го и температуре охлавдения Гс.

Г ■

Тт Ге

То

Тс

. 1 ■ I ; 7

• - - - -

1 I 2 1 з

» —ь—

Фи конверсия Рис. 5 Температурный режим в периодическом реакторе'' •■ ; '

На основе балансовых уравнений разработан алгоритм, позволяюпдай выбрать температуру включения максимального охлаждения и поверхность, теплообмена, обеспечивающие безопасную работу. Предлагаемое для расчета уравнение связывает температуру и степень конверсии для фазы максимального охлаждения:

üT'/d0 - % (Ln/Lg) [1 - (T'/Tpf.)* ; *exp{(Lg/Lad) (Tnf (1 + TrsT) - Г (i * T'))'}J

Фаза адиабатического нагрева описывается линейным уравнением: • - - .

Те - То + lí¡j' ¿fe (Lm/Lg) ... ' . .'■_•'/ '.(в)

где Г- (Г-Гг)/Гг а Гт' - (Гет-Гг)/Гг - приведенние к тем-' пературе стенки реактора текущая и максимальная температуры.

Температура включения максимального охлаждения Те рассчи-тиваеся итерационно из уравнения.теплового баланса для фаси максимального охлаждения. Из условия; равенства теплоотвода теплоприходу в точке максимума рассчитывают характеристическое время конвективного теплопереноса Для текущих значений -температуры включения максимального охлаждения и степени конверсии при этой температуре, по формуле:- ■ ■ "

l/Lr - (( Г /Г) / (L? Tri))* • '■/.".

*охр{( Lg/Lad)-(Ttf (1 + Tif))} . (9)

' }' ■ ! " ■•'

Выбор аппарата с системой охдакдешш осуществляется из сравнения требуемого характеристического размера:

i .....

S/V - (d Ср) / (Lr К) ' ■ (10)

с характеристическим размером стандартного ряда.

Алгоритм позволяет предварительно оценить принципиальную возможность (или невозможность) осуществления процесса.в периодическом реакторе. Для этой цели рассчитывается параметр:

ß - (Lg/Lrfi) (Та - То) / То . (11)

представл!. гдий собой долю химически генерированного тепла, требуемого для нагрева реакционной смеси от начальной тёипера-туры То до максимальной Г/я. Этот параметр но зависим от реяяйя охлаждения и является внутренней характеристикой реакционной

системы. Допустимый диапазон'варьирования (0.25 < р < 1) соответствует возможностям обеспечения теплоотвода в стандартном аппаратурной ряд у. Величина /5 « 0.034 для процесса сополимери-■зации аллилового афира 2,4-Л кислоты и акриловой кислоты, выходя цзя за нижний предел и обусловленная превде всего узостью диапазона рабочей температуры, говорит о невозможности использования периодического реактора для этой системы.

В работе разработан алгоритм расчета условий безопасного ведения процесса в полупериодическом реакторе, определяемых критич ким накоплением не'прореагировавших реагентов. Основными факторами, ведущими к накоплению реагентов являются скорость реакции и температура системы на начальных стадиях реакции, а также, скорость поступления реагента. Накопление реагентов в полупериодическом реакторе исключено только для бесконечно быстрых реакций. Поэтому-задача расчета безопасных условий заключается в определении, технологических режимов, • исключающих температурные скачки, резкуп конверсию большинства имеющихся- реагентов и большое' накопление.

Алгоритм расчета полупериодического реактора с дискретной подачей мономера базируется на ресении ситемы уравнений материального и теплового "баланса на стадии разбиения:

а!ЛИ'' - - / , -. (12)

ама/йь' - - ае-оз./г; (г + а ®) \]2 г ка ' Ма (Ва ма + 13)

(Ьгс} т (1 + Р Ф) ч]2 Г Ка 1 Мь С-4' >'ь + Ъ'о) + + (V Мьеаз )/(! V V) , (14)

<*Г/Ж' = 1/(1 + V ¡1 Ь')Л (ШШ аС/?.Г ~ ■

■ - V < 0 1)3 (1 + V V) Г + Ь Г > 1 . (15)

гке'Л'-Ь/Ьбоэ ' безразмерное .время; V - относительное из-мен?:ше объема на л-Я стадии ведения, процесса в результате добавления активного со'мономера; Ь - отношение геплоемкостей дозируемого потока и реакционной смеси,- &Зоз - длительность дозирования;' Ь'ъЪоз ' концентрация мономера в дозируемом потоке, О - хладоемкость реакционной смеси; йа^ЬЦоз 'ит - число Дамке--лера; характеризующее, соотношение между продолжительностью до-

-'13 -

зироания й временем полного расходования реагентов.

Для максимальной рабочей температуры (сМ"/Ш'-0) при допущении мгновенного расходования, дозируемого моисмера (с№/<И'-1), из уравнения тепловйго баланса получено соотнопе-ние, позволяющее рассчитать число Дамкелера, а из него и время дозирования, обеспечивающее безопасный режим: •

да -■<• 1т / fi.fr V ((Тт/Тг) - 1) Ы>, / ( ¿1(1 +., V V)) . (16)

Расчет полупериодйческого реактора заключается в определении длительности процесса, обеспечивающего заданную степень превращения, необходимое качество■продукта и безопасные условия работы. . ' .

Таким образом, разработанный в работе алгоритм проектного расчета неизотермического реактора сополимеривации, позволяет для заданных условий ведения процесса выбрать оптимальный, способ организации процесса и размеры реактора.

Глава 5 посвящена решению задачи проектирования оптимальной технологической схемы Производства Полистимулина Л-б. Представлено- описание технологических стадий процесса получения препарата: перемешивание, растворение', перегонка, химическое превращение, фильтрация, центрифугирование и сушка, на основе которых разработана принципиальная структура техко'лси-ческой схемы производства. Обоснован выбор типа соответсву:зще-го аппарата периодического или полунепрерывного действия для каждой технологической стадии и представлены расчетные зависимости по типовым моделям имеющих место процессов.

В работе сформулирована и репеиа смеианио-цедочиеленная задача нелинейного программирования структурно-параметрического. . синтеза оптимальной схемы производства на основе разработанной математической модели. Для смягчения услеьчй задачи стандартный ряд аппаратов периодического действия 1ьи искусственно расширен вводом различных комбинаций соединенных параллельно аппаратов. В качестве'критерия, оптимизации.-испольяоваи критерий капитальных затрат. Математическая формулировка задачи имгет вид:

т | :

«( . (.- .- ММ^Пу + Срл (Р/1 +' . (Чу- • У, (17/

»"

- 14 -

при Г - (в/в) аахСУ}Щ) ■>■)

-«у/г < VI < еЖ . (1в)

р} > (Sj е)/(Ъ Л) , (20)

С - капитальные затраты на технологическое оборудование ? (руб.). О» Ср) , су — прейскурантные цены на оборудование ' (руб. ).,- О определяющий размер аппарата периодического действие (м*'- , •■■). Р^ - производительность аппарата полунепрерывные действия ( ^/(ы чае) цли,мг/(м час)), Щ, % - число у параллельно рзботаюа^х аппаратов периодического и полунепрерывного действие, соответсвевно, У/' <- объём промежуточной емкости (а3), Т - фонд рабочего -времени (час), в ~ производительность схемы (кг), (г - кассовый размер порции продукта (кг), У;*- длительность технологической стадии (час), 5/ - материальный индекс (ы3/кг), А';/г - верхний и нижний коэффициенты заполнения аппаратов, соответсвемно, А - определяющая площадь иди объ&м аппарата полунепрерывного действия (мгили и3).

. ..Расчет: длительностей и материальных индексов технологичес-,ких.стадий, определяемых "элеыёнтарвымя" технологическими операциями выполнен по обобщенным математический моделям, представленным в работе.

На основе разработанного иа кафедре ГАВС ЫХТИ им. Д. И. Менделеева пакета прикладных программ автоматизированного синтеза оптимальной ХГС рассчитана оптимальная структура технологической схемы и размеры основного к вспомогательного оборудования. Исходными данными для: расчета являются постадиЯные материальные индексы длительности технологических стадий У^ и допустимые „коэффициенты заполнения аппаратов к и к'. Расечетными параметрами являются размер партии продукта е, число одинаковых, работающих параллельно с равномерным сдвигом аппаратов Н^ и местополодание согласующих емкостей между стадиями. ; На базе экспериментального материала,.накопленного на стадии поисковых работ и расчетов с использованием предложенных математических моделей, в работе разработан технологический регламент опытного производства получения Полистимулина А-б' мощноатью 5 т/год.

: . ВЫбОДЫ • . . • '

1. Разработана математическая модель процесса-радикальной соподимериаации в растворе, сопровождающегося- осаждением полимерной фазы для системы аллиловыЛ" зфир.2,4 - дихчорфевоксиук-1 сусной кислоты - акриловая кислота и.определены*, ее параметры^., I

2. Выполнено теоретической и экспериментальное исследова-' ние неизотермической сополимери8ацки .соионоиеров, характеризующихся значительным различней относительных активностей в усг ловиях периодического и полуперйодаческого ведения процесса.

3. Разработан алгоритм и рассчитан оптимальный режим работы реактора сополимеризации с. дискретной, подачей активного со-:; мономера: определены оптимальные дозы, моменты их подэчи и ког личество порций. ■ /' • • >' - V ■ ■ • •• /'

4. Разработан новый подход .к-проектированию реактора ней-...-: зотермической сополимеризации, обеспечивающий выбор оптимальной конструкции реактора и условий безопасного веления процес--. са.в нем. " ,■ :, . _

5. Разработана математическая модель синтеза и выполнен расчет оптимального варианта ХТС производства; Полистимулина А-б, . .. ' ■

6. Разработан технологический регламент ной установки получения Полистимулииа А-б мощностью 5 т/год..

• 7. Результаты работы использованы в НЕСАО "Споктр ■ ЛК" дяя ■ производства Полистимулииа А-б и низковязкого полистирола. ■:;.■,.

8. Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 40 тыс. рублей в год.

опытно-проявлен-

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

•Г- .''■■•'

1... Штильман Ы. И., Перов В. Л., Бельков В. П., Абдувалиев А. Т. Моделирование _ процесса радикальной сополимеризации.// Деп. В ВИНИТИ, 24.12. 90, N6407-890

2. Перов В. Л. , Штильман II. И., Бельков В. П., Абдувалиев А. Т. Уцравление строением, сополимеров в процессах радикальной сополимеризации. // Деп. в ВИНИТИ, 24.12.90, Н6404-В90

3. Перов В. Л. , Бродский С. Я., Абдувалиев А. Т. Дискретное управление составом сополимера в полупериодических процессах радикальной ссэполимеризации. // Деп. в ВИНИТИ, 24.12.90, N6406- В90 ' ' ' . ' -

4. Штильман П. Я , Бельков В. П. , Абдувалиев А, Т., Шашкова И. М. Исследование состава сополимера в процессе радикальной сополимеризации аллилового эфира 2,4-дихлорфеноксиуксуской кислоты и акриловой кислоты.// Деп. в ВИНИТИ, 11,10.91, N3253-В91 • /. , . ' :

. .5. 'Перов В.Л., Бельков В.П., Абдувалиев А.Т. Получение однородного сополимера в полупериодическом реакторе в условиях гетерофазности.7/ Изв. ВУЗоВ."Химия и хим. технология" - 1992., N3. -' 0.100. ,

6. Перов В. Л., Бельков В. П. .Абдувалиев А. Т. Тепловая устойчивость ■полупериодического реактора сопрлимеризации.// Изд. ВУЗов. "Химия и хим. технология" - 1992. - N1. - с. 107.

7. Абдувалиев А. Т. , Бродский С. Я. Моделирование периоди-, -ческого реактора полимеризации. // Материалы 3-й конференции

молодых ученых и студентов по химии и химической технологии, М. , МХТИ, 1989

8. Абдувалиев А. Т. , Перов В. Л. Управление строением сополимера с помощью самонастраивающейся модели. // Материалы 4-й конференции молодых учейых и студентов по химии и химической технологии, Ы., )ШИ,*1990

.Щ$шт АВДУКШТГ шю®

А-5 Поякстш^ужаш оякг аорзйти ^псоблса ra •,,

опккалдазтар'лг ••■ ■ \ •. л-..

• КяйвиЗ те:снологйядэ sa aßioncea, уто тозп даларки гсзлой та^арквда дсзрий аераёкяор ora.?:-'-',

лайдя.. ВувдаП: гшр&Зшшргп т&собгсез -ва лари узлукс:!г зараоклардск йарслшгадп* - ' . i-ï.'.

Ушбу дкссзргациа зьашвсшфкз • устирздигаи А^'Д^^ост^&а&Г'г. ^пссЗлсз га бапиггих'а-к

¡гпл£0 «к»иягаи укжтрзаЕ усулга асослпягйи. /.'-'^ä'-

УртсзвжеЗягск учун £озаск ^Лидалйл:^ •■фсх-

dicieji кугаткяадаа:: оршгиадетц цолкмерлгзс иагекатак кэдзл« вдгвО «к-зиггт sa унк взраистрлсрь" '.iKC'^iàiwàb Таьснк. мьтааад: кодолг: jf.jcofeaa. езга^чф'^.

яратнлгси ва яоглсчсрдаззкраз. peaseopsíKX ептаот скгж cofà:-:o?h^ ии ввчяз-зкрм б:;лгп оЪрнлсдкгмг аарокгда опг.пг«5-рея:егк :5иеобданган: .сптодал дозалар., ударн» уззгаа bú^iü, узагкз ЯР&ка за гящдорхйра гаядафзлгаа.• . . ' .

Евяав хараананкет хагйскз парокэда яясобгг'оликкз-:

•;олда конгогор?.?:;: гоиаафлгошркз рошгтаркнк • оатагал коккрух- -■ цняслнн тааяягнк берузчя, ргаеторяаряи лойгатдягзгаркц

якги язйаягак œœcS сй^глггн.

Дкссертацкяда адвгда всаягал дгвр-^й.»п зр'г'даврнй реактора лардагп котаогэрк-п: аараЗнларгшя ушазерсгз- гсксобяаз усдубк Еукга-ухсзз sa цу кебя няассгдгглг^файндарда адятогаи. цумзгв.

Цухавдпслйк чдесебдгзлара .учун зерурий ' Есбоб-уедавлараяя ташка ва хшфскз' яарееа воротки. гсиообдоа янкокине бсрувчи " соддалаатиркяган ипсбатлср оякнген.

Abduvallev Abduwahid iulanraich Polystirnulin A-6 inanufacfcurlBt; process - optimization and calculation

.Batch processing is an important segment of the chemical process industries and especially in the production of fine and speciality chemicals,pharmaceuticals, polymers and biotechnology.

There are some dife-rences between .'¡sethods of investigation, optimization and calculation for the batch and continuous processes.

- This doctoral thesis devoted.to optimisation and calculation of growth's stipulator production process by developed universal approach.- There is 'developed mathematical model of radical «¡polymerization process in solution for the system given which was accompanied by sedimentation of polymer phase. Theoretical and experimental investigation of .non-isotheraiic copolymerlzation of the ccfliononers which ore characterised 'by. significant dlference of reactivity ratios under the batch and seinibatch conditions . were cecuted.

On the basis of the model an original algorithm is developed and the optimal recirr.e is calculated for copolyrnerisation reactor with pie-cevise ccmonoiBer addition: there are founded the cptinal doses,- the tirce and dura-ion of addition and the quantity cf that doses. . .

A nev.' -approach to' desighn of norusotheraic copolyrcerization reactor is devploped which provides a choice of an optimal .equipment and conditions for thermally .safe operation.

An optimal case of chemical technological'.system for Polysti-walin A-0 production Is calculated.

The universal approach .developed In this work for calculation of non-lsothennic processes in the batch and seraibatch reactors can be used for-a wide class of similar processes.

The simplified correlations for engineering calculations allowing to choose corresponding equipment and to calculate the conditions for safe operation are created. -