Введение к работе
Актуальность работы. Современная экономика требует создания высокоэффективных, энергосберегающих, экологически чистых производств. В химической, нефтехимической и смежных с ними отраслях к разряду подобных технологий относятся технологии с использованием приема совмещения.
Известно, что в ряде случаев совмещение химического превращения с одновременным раоделением образующейся реакционной смеси посредством избирательного обмена веществами с окружающей средой позволяет получить существенные преимущества по сравнению с традиционным поэтапным вариантом осуществления химического превращения и разделения.
Этап качественного исследования является важной частью разработки совмещенных процессов. Он может включать предварительную оценку целесообразности использования того или иного варианта совмещения, анализ статики совмещенного процесса, выявление полного множества возможных стационарных состояний с целью правильной постановки задачи и экономии затрат на этапе вычислительного или натурного эксперимента. Поэтому совершенствование методов качественного исследования совмещенных процессов является актуальной задачей.
Работа выполнялась в рамках Государственной научно-технической программы "Новые принципы и методы получения химических веществ и материалов" и .Координационного плана РАН по направлению "Теоретические основы химической технологии".
Цель работы:
- разработка методики предварительной оценки целесообразности ис
пользования технологического приема совмещения на основе оценки влияния
избирательного обмена на брутто-скорость химического превращения;
- подготовка необходимой информации для ' разработки техноло
гической схемы и математического моделирования непрерывных совмещен
ных реакционно-ректификационных процессов (НСРРП), протекающих в си
стемах с особо сложными физико-химическими характеристиками
(расслаивание жидкой фазы, наличие электролитов) на примере процесса
получения хлоропрене (2-хлорбутадиена-1,3) дегидрохлорированием 3,4-
дихлорбутена-1;
выбор оптимального варианта технологического оформления НСРРП получения бутилацетата этерификацией уксусной кислоты бутанолом;
разработка методики предсказания полистационарности и выявления полного множества стационарных состояний одноотборных НСРРП.
Научная новизна:
- разработана методика оценки влияния избирательного обмена на ско
рость химического превращения в реакторах с однородной реакционной зо
ной. Методика позволяет выделить области концентрационного симплекса,
характеризующиеся качественно различным влиянием предлагаемого вари
анта избирательного обмена на скорость химического превращения, изучить
механизм воздействия избирательного обмена веществами с окружающей
средой на скорость химической реакции, определить возможность преодоле
ния термодинамических ограничений на протекание реакции за счет массо-
обмена, а также провести предварительную оценку вариантов организации
реакционно-массообменных процессов;
- введено понятие предельной траектории реакционного состава
(ПТРС), с использованием которого сформулированы условия появления по
листационарности в одноотборных НСРРП;
- уточнена структура диаграммы фазового равновесия в реакционной
систему получения бутилацетата вода -бутанол -уксусная кислота - бутила
цетат при 33.3 кПа, показана- возможность достижения 100% конверсии по
обоим реагентам при организации процесса как одноотборного при располо
жении его траектории в области ректификации, более благоприятной для
протекания прямой реакции;
выявлена неединственность стационарного режима одноотборного НСРРП получения бутилацетата;
получены новые экспериментальные данные по взаимной растворимости воды и 3,4-дихлорбутена-1, а также по растворимости 3,4-дихлорбутена-1 в водных растворах NaCl;
определена структура диаграммы дистилляции в системе вода- хлоропрен- 3,4-дихлорбутен-1;
исследовано влияние электролитов на фазовое равновесие в системе вода - 3,4-дихлорбутен-1 методом вычислительного эксперимента.
. Практическая значимость работы.
Разработан вариант технологии получения бутилацетате методом эте-рификации уксусной кислоты бутанолом в одноотборном НСРРП, позволяющий локализовать реакционную зону в кубе реакционно-ректификационной колонны (РРК), а также проводить процесс с меньшими энергозатратами, чем в известных вариантах.
Получена новая физико-химическая информация, необходимая для разработки НСРРП получения хлоропрена.
Разработаны компьютерные программы, позволяющие моделировать
фазовые равновесия жидкость-жидкость-пар в электролитных системах с
несколькими растворителями, а также проводить обработку эксперименталь
ных данных по фазовому равновесию в системах такого рода. -
Дпррбация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано две статьи, одна статья находится в печати. Доклад по результатам работы представлен на международную конференцию "Distillation & Absorption '97" Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 17 таблиц. Библиография включает 147 наименований. '