Моделирование процесса получения N-фенил-1-адамантанкарбоксимидоилхлорида

     Полученные  результаты представлены на графике 6.1. Ясно, что удельная производительность реактора РПС принимает на 2 порядка большее значение при низких конверсиях, чем для РИС-П. Максимум связан с тем, что отношение скорости прироста продукта к скорости увеличения времени носит нелинейный характер, связанный с нелинейностью увеличения времени реакции и его соотношения со вспомогательным временем, в то время как скорость прироста продукта линейна. Рекомендуется проводить реакцию для РИС-П до степени конверсии исходного реагента равной 0,8, поскольку это соответствует максимуму кривой УП. В случае РПС рекомендуется проводить процесс при как можно меньшей конверсии исходного реагента.

     

 

     График 6.4 – Зависимость УП РИС-П(---) от степени  превращения исходных реагентов

     

     График 6.5 – Зависимость УП РПС(- -) от степени  превращения исходных реагентов 

     6.2.4 Зависимость УП от температуры

     Используем  в данном случае для расчёта РИС-П  значение интеграла, не содержащее избыток  второго реагента в явном виде. Фиксируем величины: X_A= 98%; Ф_B= 97%; β_Y=1; k_н=1819,25 л∙моль^-1∙мин^-1; С_A,0=1,0 кмоль/м³. Константы скорости представляем в следующем виде, зная коэффициенты Вант-Гоффа, равные 2: k₀=2,7542∙10^-2∙2^(t-65)/10 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=4,4667∙2^(t-65)/10 л²∙моль^-2∙мин^-1. И начинаем перебирать варианты величины температуры:

     Таблица 6.4 – Зависимость УП РИС-П и РПС от температуры

     

     

 

     График 6.6 – Зависимость УП РИС-П(---) и  РПС(- -) от температуры

 

     

     Удельная производительность реактора РИС-П в большей степени зависит от температуры, и обладает намного большим значением. Процесс не имеет точечного оптимума, а наоборот наблюдается прямая зависимость УП от температуры. В обоих случаях рекомендуется проводить реакцию при наибольшей температуре 110ºС, равной температуре кипения растворителя (толуола), и нецелесообразным является снижение температуры процесса ниже 45ºС, поскольку происходит слишком сильное замедление реакции.

     6.3 Расчёт селективности

     а) Первоначально будем производить  расчет РПС, поскольку в данном случае интегральная и дифференциальные селективности совпадают. А поскольку в нашем случае система из двух параллельных необратимых реакций, то выражение для селективности имеет следующий вид [2]: 

     Поскольку ν_A,1= ν_A,2=1 и также подставляем выражения скорости для основной и побочной реакций, в результате имеем следующее выражение: 

     б) В случае РИС-П интегральная и дифференциальная селективности не будут равны между собой, что приводит к следующему: 

     Получающееся  дифференциальное уравнение является однородным и простым, оно решается посредством разделения переменных: 
 

     Для его решения задаёмся граничными условиями: если X_A= 0, то X_B= 0.

     Первоначально неопределённый интеграл вычислялся с  использованием Mathcad (полученное решение оказалось некорректным) и с помощью бесплатной услуги на www.kontrolnaya-rabota.ru. Определённый интеграл вычислялся только вручную.

     Результатом расчёта является следующая функция: 

     Таким образом имеем интегральную селективность: 

     6.4 Влияние различных технологических параметров на селективность

     В нашем случае реакцию можно считать  простой и необратимой. Поэтому  все расчёты будут проводиться  именно для этого случая. В нашем  случае процесс жидкофазный и  проходит без изменения объёма.

     6.4.1 Зависимость селективности от начальной концентрации исходных реагентов

     Фиксируем величины: X_A= 98%; t=65ºC; β_Y=1; k₀=2,7542∙10^-2 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=4,4667 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=1819,25 л∙моль^-1∙мин^-1; И начинаем перебирать варианты величины C_A,0:

     Таблица 6.5 – Зависимость селективности в РИС-П и РПС от начальной концентрации исходных реагентов

     

     

     График 6.7 – Зависимость селективности в РИС-П(---) и РПС(- -) от начальной концентрации исходных реагентов

     Селективности обоих реакторов имеют прямо пропорциональную зависимость от начальной концентрации исходных веществ. При этом наибольшая селективность достигается в РИС-П, превышая на несколько порядков значение селективности для РПС. Рекомендуется проводить реакцию в обоих случаях при максимальной концентрации начального реагента.

     6.4.2 Зависимость селективности от избытка второго реагента

     Фиксируем величины: X_A= 98%; t=65ºC; k₀=2,7542∙10^-2 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=4,4667 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=1819,25 л∙моль^-1∙мин^-1; С_A,0 = 1,0 кмоль/м³. И начинаем перебирать варианты величины β_Y:

     Таблица 6.6 – Зависимость УП РИС-П и РПС от избытка второго реагента

     

     

     График 6.8 – Зависимость селективности в РИС-П(---) и РПС(- -) от избытка второго реагента

     В данном случае селективность в обоих  реакторах растёт. Различия между ростом и значением селективности в реакторах не существенны, и в данном случае между реакторами нет разницы, разве что с небольшим преобладанием РИС-П. Рекомендуется проводить процесс в обоих случаях при как можно большем избытке второго реагента.

     6.4.3 Зависимость УП от степени превращения сырья

     Фиксируем величины: t=65ºC; β_Y=1; k₀=2,7542∙10^-2 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=4,4667 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=1819,25 л∙моль^-1∙мин^-1; С_A,0=1,0 кмоль/м³. И начинаем перебирать варианты величины X_A:

 

     Таблица 6.7 – Зависимость селективности в РИС-П и РПС от степени превращения сырья

     

     

     График 6.9 – Зависимость селективности  в РИС-П(---) и РПС(- -) от степени  превращения исходного реагента

     Селективность реактора РИС-П падает не так быстро, как для РИС-П. При этом с ростом конверсии второго реагента селективность реакции падает. Рекомендуется проводить процесс в обоих случаях при как можно меньшей степени превращения.

     6.4.4 Зависимость УП от температуры

     Фиксируем величины: X_A= 98%; β_Y=1; С_A,0=1,0 кмоль/м³. Константы скорости представляем в следующем виде, зная коэффициенты Вант-Гоффа, равные 2: k₀=2,7542∙10^-2∙2^(t-65)/10 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=4,4667∙2^(t-65)/10 л²∙моль^-2∙мин^-1. Для значения константы побочной реакции принимаем условно коэффициент Вант-Гоффа так же равным 2, и тогда:  k_н=1819,25∙2^(t-65)/10 л∙моль^-1∙мин^-1. И начинаем перебирать варианты величины температуры: