Введение к работе
Актуальность темы. Газо-жидкостные химические реакции чрезвычайно широко используются в технологии органического и неорганического синтеза для получения различных продуктов. Характерной особенностью многих процессов является то, что газообразная фаза, подаваемая в реактор, целиком состоит из поглощаемого реагента, реакция протекает в объеме жидкой фазы, в которой и находятся образовавшиеся продукты. Примером газо-жидкостного процесса такого типа является процесс синтеза гидроксиламиндисульфоната (ГАДС) из нитрита натрия, бисульфита аммония и сернистого ангидрида в производстве капролактама по фенольной схеме.
Химические реакторы, в которых реализуются реакции рассматриваемого типа, являются одним из самых важных технологических узлов. В частности, рациональное аппаратурно-технологическое оформление реакторного узла синтеза ГАДС, являющегося начальной стадией в производстве капролактама, во многом определяет показатели качества конечного продукта и в значительной степени определяет эффективность функционирования производства в целом.
Решение задачи режимной и аппаратурно-технологической оптимизации газо-жидкостных реакторов возможно только с применением метода математического моделирования на ЭВМ с учетом характерных особенностей процессов.
Таким образом, сложность и многостадийность газо-жидкостного взаимодействия с одной стороны и широкое распространение рассматриваемых процессов в химической промышленности с другой стороны обусловливают актуальность задачи "математическое моделирование и оптимизация реакторного узла с газо-жидкостными реакциями".
Цель работы. Целью диссертации, является оптимизация аппара-турно-технологического оформления реакторного узла для проведения газо-жидкостных реакций при подаче газообразного реагента в аппарат з чистом виде без газа-носителя на примере синтеза ГАДС. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие частные задачи: 1. Проведение анализа информации литературных источников по вопросам использования н моделирования газо-жидкостных реакторов;
-
Исследование кинетических закономерностей процесса растворения сернистного ангидрида и разработка математической модели кинетики реакции;
-
Анализ вариантов аппаратурного оформления газо-жидкостного процесса синтеза ГАДС на базе имеющегося в производстве оборудования и выбор оптимального варианта;
-
Разработка перспективного аппаратурного оформления реакторного узла синтеза ГАДС;
-
Разработка математического, и программно-алгоритмического обеспечения для моделирования и оптимизации исследуемого объекта.
Методы исследований. В работе использованы методология и математический аппарат системного анализа физико-химических систем, методы моделирования и оптимизации процессов. Программно-алгоритмическое обеспечение реализовано на ПЭВМ.
Научная новизна.
- Предложен стадийный механизм процесса хемосорбции SO2 (без газа-
.. носителя) в жидкой фазе и варианты математической модели кинети
ки. Изучены кинетические закономерности хемосорбции и определе
ны оценки параметров математической модели кинетики в интервале
Температур 0+20С.
Синтезировано математическое описание четырех вариантов аппаратурного оформления процесса синтеза дисульфосоли и определен наиболее эффективный вариант.
Разработан алгоритм оптимизации газлифтного реактора.
Синтезирована математическая модель газлифтного реактора, учитывающая изменение скоростей и газосодержання по высоте аппарата.
Предложен подход, позволяющий проводить исследования большого класса рсакциіі, проводимых в системе газ-жидкость.
Практическая значимость. Разработанные в диссертации программные средства статистической оптимизации могут быть использованы для синтеза структуры реакторного узла вновь проектируемых и модернизации действующих производств на базе га.ю-жидкостных реакций. Решена задача оптимального аппаратурного оформления процесса синтеза ГАДС с использованием имеющегося в производстве каиролактама
оборудования, что минимизирует капитальные затраты. Предложенный газлнфтиый реактор может быть рекомендован как наиболее подходящий аппарат для подобного типа процессов.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы переданы в ОАО "Капролактам" с целью использования при реконструкции действующего производства.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались ав'тором на международной научной конференции КХТП-IV-94 (г.Москва, 1994); итоговой научно-технической конференции преподавателей и сотрудников Ивановской Государственной химико-технологической академии (г.Иваново, 1993,1994); на IV конференции молодых ученых (г.Москва, 1993).
Публикации. Основные результаты работы изложены в 3 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературіїї. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 110 наименований.