Введение к работе
Актуальность работы
Основными технологическими показателями эффективности протекания реакционных процессов являются значения конверсии и селективности. Наличие кинетических затруднений (низкая скорость химической реакции), а также ограничений, связанных с химическим равновесием, не позволяет в ряде случаев достичь в химическом реакторе одновременно высоких значений указанных показателей. В связи с этим, для увеличения конверсии и селективности возможно использование рециркуляционных систем, состоящих из химического реактора и подсистемы разделения. В таких системах, независимо от имеющихся кинетических затруднений и термодинамических ограничений, использование рециркуляции позволяет одновременно получать высокие значения конверсии и селективности, что, в свою очередь, приводит к уменьшению числа аппаратов, входящих в подсистему разделения и, как следствие, к упрощению технологической схемы в целом.
Учитывая высокие потенциальные возможности использования рециркуляции для интенсификации реакционных процессов, исследования, связанные с разработкой теоретических основ и практического использования рециркуляции, являются весьма актуальными.
Цель работы. Теоретическое обоснование и разработка подхода к увеличению конверсии и селективности сложных химических реакций, базирующегося на использовании рециркуляции как реагентов, так и продуктов побочных реакций.
Методы исследования: качественная теория обыкновенных дифференциальных уравнений, математическое моделирование, термодинамико-топологический анализ структур диаграмм фазового равновесия. Научная новизна:
-
Предложен и теоретически обоснован метод увеличения селективности сложных химических реакций, основанный на «подавлении» протекания побочных обратимых реакций за счет организации рециркуляции побочных продуктов.
-
Разработана обобщённая математическая модель рециркуляционной системы, инвариантная к типу химических реакций и используемому методу разделения реакционной смеси.
-
Получены фазовые портреты, определены координаты и тип стационарных точек для случая последовательных реакций, протекающих в химических реакторах различного типа.
-
Определено число степеней свободы и количество вариантов расчёта ректификационной колонны бесконечной разделительной способности.
-
Получены аналитические выражения для определения возможных стационарных состояний рециркуляционной системы, минимальных значений объёма реактора и потоков рецикла, теоретически обеспечивающих 100%-ю конверсию и селективность.
Практическая значимость.
-
-
Предложен общий подход к интенсификации реакционных процессов, базирующийся на использовании рециркуляции реагентов и побочных продуктов.
-
Предложена принципиальная технологическая схема получения 2- метоксипропена, теоретически обеспечивающая 100%-ю конверсию и селективность.
-
Выбрана математическая модель для описания фазового равновесия реакционной смеси: 2,2-диметоксипропан (ДМП) - 2 - метоксипропен (МТП) - диметиловый эфир (ДМЭ) - метанол - вода и оценены ее параметры.
-
Составлена математическая модель реакционного узла принципиальной технологической схемы получения МТП, позволяющая определять величины потоков рециклов, теоретически обеспечивающих 100% конверсию и селективность.
-
Найдены конструктивные и технологические параметры, обеспечивающие заданные показатели процесса получения МТП.
Апробация работы. Отдельные результаты диссертационной работы докладывались на XIII Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии с элементами научной школы для молодёжи «Инновации в химии: достижения и перспективы» (Иваново, Суздаль, 2010 г.), на IV Молодёжной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии-2011» (Москва, 2011 г.) и на XIV Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии-2012» (Тула, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах («Вестник МИТХТ» и «Химическая технология»), а также тезисы 4-х докладов на научных конференциях.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка. Диссертация изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 9 таблиц, 53 рисунка и библиографию из 92 наименований.
Похожие диссертации на Использование рециркуляции для повышения селективности сложных химических реакций
-
