IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Технологический процесс получения синтанолов или процесс оксиэтилирования является периодическим и использует в своей основе постоянное распыление жидкой фазы в постоянно меняющийся объем газовой фазы. Процесс основан на способности нуклиофильных соединений (жидкая фаза) в присутствии различных каталитических инициаторов при определенных условиях (температура, давление) соединяться с окисями алкиленов (газовая фаза), образуя полимерную цепь с определенными физико-химическими свойствами.

В рассматриваемом процессе в качестве газовой фазы выступает окись этилена. А в качестве сырья, подвергающегося оксиэтилированию, выступают высшие жирные спирты в виде жидкой фазы. Основным катализатором является водный раствор едкого натра с массовой долей основного вещества не менее 45%.

Весь технологический процесс можно разделить на 10 последовательно осуществляемых стадий.

В реактор оксиэтилирования загружается определенное количество сырья. Затем осуществляется загрузка катализатора в сырье, находящееся на циркуляции, что обеспечивает равномерное распределение катализатора по всему объему загружаемого сырья. Процесс оксиэтилирования начинается с момента подачи окиси этилена в обезвоженное катализированное сырье, находящееся на циркуляции. Данная реакция является экзотермической и сопровождается выделением большого количества тепла. Процесс идет в газовой фазе окиси этилена, в которой диспергированы капельки жирных спиртов. По окончании синтеза готовый продукт нейтрализуется уксусной кислотой.

Основная реакция протекает в диапазоне температур 90-180^оС и давлении в основном аппарате не более 0,55 МПа. Увеличение давления и температуры внутри реактора оксиалкинирования и в реакционном контуре ведет к уменьшению времени реакции, но одновременно эти же факторы ухудшают качество конечного продукта, увеличивая долю побочных продуктов в нем.

Катализиро­ванный комплекс должен полностью прореагировать с окисью этилена для того, чтобы избе­жать потерь сырья и не навредить качеству выпускаемой продукции, так как катализированное сырье не сможет быть выведено из объема реакционной массы.

В реакции оксиэтилирования участвуют каждый раз одинаковое количество окиси этиле­на, которое зависит только от класса исходного сырья. При этом реакция может протекать от раза к разу с различной скоростью и длиться дольше 20 минут, вследствие чего будет образо­вываться остаточная окись этилена. Заключая процесс реакции оксиэтилирования в такие жест­кие рамки (по времени и объему), мы не можем гарантировать качество продукта реакции. Так как нельзя точно знать, насколько полно было использовано сырье (высшие жирные спирты), катализатор (водный раствор NaOH), а также окись этилена. На скорость реакции могут влиять различные возмущающие параметры. Это могут быть различные примеси в исходном сырье, постепенное изменение активности катали­затора, влияние параметров внешней среды на температуру, давление процесса. Поэтому нельзя точно знать, когда закончится протекающая в настоящий момент реакция. И ограничивать подачу окиси этилена по времени недопустимо.

В моей работе будет разработана математическая модель, которая позволит контролиро­вать скорость протекания химической реакции и не допустить перерасход окиси этилена, что в свою очередь приведет к снижению себестоимости готовой продукции.

В основе построения математической модели лежит уравнение теплового баланса, которое для данного технологического процесса будет иметь вид:

где u - скорость химической реакции;

r - теплота образования продукта реакции;

С_РМ - удельная теплоемкость реакционной массы;

ρ _РМ- плотность реакционной массы;

Т_Р - температура реакционной массы;

F_OЭ - расход окиси этилена;

V_РМ - объем реакционной массы;

t₀ - начальная температура окиси этилена;

F _XH - расход хладоносителя;

V_Т  - объем теплообменника;

C _XH - удельная теплоемкость хладоносителя;

t_К - конечная температура хладоносителя;

t_Н - начальная температура хладоносителя.

Скорость химической реакции является контролируемым параметром, а остальные параметры - измеряемыми или табличными.

Данное уравнение теплового баланса позволяет учитывать энергетические потоки системы, контролировать скорость хими­ческой реакции и является основой для построения математической модели процесса оксиэтилирования.

В результате решается задача построения системы управления, в которой представленное уравнение будет использовано для определения уставок регуляторов микропроцессорного контроллера.

Код для цитирования: Скопировать