Введение к работе
Актуальность проблемы. Спецификой протекания быстрых химических и массообмеииых физических процессов является необходимость интенсивного смешения компонентов с целые создания оптимальных условий для синтеза и получения однородного по составу качественного продукта, что достигается использованием трубчатых аппаратов струйного типа, работающих в режиме квазиидеального вытеснения в турбулентных вихрях.
В этой связи весьма важно знать, как влияют различные факторы, в частности, физические характеристики жидких потоков на специфику протекания быстрых химических и массообмеииых физических процессов при получении полимерных продуктов и на формирование наиболее эффективного (оптимального) режима квазипдеальпого вытеснения в высокотурбулентных потоках. Как следствие, необходимо изучить распределение по объему аппарата характеристик турбулентного смешения, в частности, коэффициента турбулентной диффузии DT, кинетической энергии турбулентности К, ее диссипации є, времени смешения реагентов тсч и др.
Важным этапом при совершенствовании конкретных стадий синтеза полимеров, лігмитируемьіх массообменом, с использованием малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратов является изучение специфики протекания процессов полимеризации (кинетических параметров протекающих реакций, характерных времен реакции и смешения, формирования соответствующих макроскопических фронтов реакции и т.д.), а также влияния интенсификации турбу-леїгпгого смешения на протекание процесса и качество получаемого продукта.
Работа выполнена в соответствии с планами программ 05 ГКНТ 12 «Разработка методов моделирования и расчета принципиально новых малогабаритных реакторов для осуществления быстрых химических реакций, эффективности теплопередачи и массообмена в турбулентных потоках с проведением опытных и промышленных испытаний» (№ ГР 402-3.2/21.5(00)-П), а также ГНТП АН РБ на 1999-2001 гг. «Катализаторы, химические технологии и материалы»; тема «Малогабаритные реакторы для химии и нефтехимии», утвержденная постановлением Кабинета Министров РБ № 405 от 31.12.1999 (-М Г'Р 01.990003748)
Цель работы. Изучение специфики протекания быстрых химических процессов на примере жидкофазпого хлорирования бутилкаучука, катионной олиго-меризацни пиперплена, различных стадий при получении этилен-пропиленовых каучуков в потоке, а также влияния турбулентности на характер протекания процесса и качество получаемого продукта при стереоспецпфической полігмеризации изопрена в присутствии каталитических систем Ті-АІ и Nd-Al.
Разработка методов повышения турбулентности в трубчатых аппаратах и оценка условий формирования режима квазнидеального вытеснения в турбулентных потоках в зависимости от физических характеристик жидких потоков и кинетических параметров быстрых химігческих реакций с целью оптимизации
процессов получения полимеров в производстве. Выдача рекомендаций пр создании новых и совершенствовании существующих производств хлорбути; каучука, этилен-пропиленовых каучуков, олигомеров пиперилена.
Научная новизна. Определены кинетические .параметры катионной олі гомеризации пиперилена в присутствии элсктрофильных катализаторов (ПСІ ТіС14-(і-С,П9)3А1, А1С1,-0(С6Н5)2, С2Н5А1СЬ, C2\l5AlC\20(Cu\h)2) и реакции хлорі рования бутилкаучука молекулярным хлором.
Выявлено влияние уровня турбулентности на стадиях, лимитируемы массообменом, при синтезе изопрснового и этилен-пропиленовых каучуков н молекулярные характеристики образующихся полимеров.
Предложены уравнения для класса быстрых химических реакций, связы вающие эффективность работы трубчатых аппаратов в оптимальном режиме кинетическими параметрами химических процессов, физическими (р, ц) и гид родинамическими (V) характеристиками жидких потоков, а также конструкції ей аппарата.
Выявлена возможность н предложен критерий формирования в трубча том турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции автомодель ной области движения жидких потоков, когда нивелируется влияние вязкости и характеристики турбулентного смешения (Re, > 950±50).
Практическая ценность. Получены уравнения, пригодные для инженер ных расчетов характеристик турбулентного смешения жидких потоков, ограни ченных непроницаемой стенкой (DT, К, с, Ttur, тШ1С, T,ncz0).
Выданы рекомендации по совершенствованию конкретных стадий техно логических схем в производствах хлорбутилкаучука и этилен-пропиленовоп каучука (АО «Нижнекамскнсфтехим»).
Экономический эффект от совершенствования производства этилен пропиленовых каучуков с использованием трубчатых турбулентных аппарате] в 1999 г. на заводе СК АО «Нижнекамскнсфтехим» составил более 2,5 млн. руб.
Апробация работы. Результаты работы обсуждались на Менделеевской съезде но общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 1998), V Международ ной конференции «Наукоемкие химические тсхнолоши-98» (Ярославль, 1998) V Международной конференции «Нефтехимия-99» (Нижнекамск, 1999), Меж дународной научной конференции «Жидкофазиые системы и нелинейные про цсссы в химии и химической технологии» (Иваново» 1999), VII Международно! конференции по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры-2000» (Пермь 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей и тезисы 6 докладов. Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 155 стра ницах машинописного текста и включает следующие разделы: введение, лите ратурный обзор, экспериментальная часть, результаты и их обсужденле, практические следствия, заключение, выводы, приложение, включая 10 таблиц и 3( рисунков. Библиография содержит 130 наименований.
