Моделирование процесса получения N-фенил-1-адамантанкарбоксимидоилхлорида

     Таблица 6.8 – Зависимость УП РИС-П и РПС от температуры

     

     

     График 6.10 – Зависимость селективности РИС-П(---) и РПС(- -) от температуры

 

     

     В данном случае селективность не зависит от температуры. В обоих случаях температура не оказывает влияния на селективность процесса, что позволяет выбирать и тот и другой реактор.

     6.5 Анализ влияния  на селективность  типа реактора  и способа введения  реагентов

     В нашем случае мы для схемы параллельных-необратимых  реакций наблюдаем падающую кривую селективности с ростом степени  превращения. Для такого процесса необходимо использовать РИВ с небольшими степенями конверсии. Это невозможно, поэтому обращаемся к схеме реакторных узлов для последовательно-параллельных реакций:

1. Наиболее селективным (кроме РИВа) будет являться ИПР, с единовременным подведением реагентов;
2. За ним следует сочетание РПС-РИВ, также с единовременным введением реагентов;
3. Так же возможно использование К-РПС, также с единовременным введением реагентов в первом реакторе.

     Наиболее  селективным в данном случае является РИС-П, за ним следует сочетание РПС-РИВ  и наименее селективное К-РПС [2].

 

     

     7 Расчёт реакторных узлов

     7.1 Выбор двух наилучших  вариантов

     В данном случае наиболее целесообразным предусматривается РИС-П, как наиболее селективный, к тому же удовлетворяющим всем остальным условиям и позволяющий достигнуть неплохой производительности.

     Поскольку в нашем случае роль селективности  не важна, поскольку она определяется только тем насколько сухими являются исходные реагенты, то экономически целесообразным и удовлетворяющим всем условиям является реактор РПС.

     Таким образом для дальнейшего расчёта  выбраны два реактора: РИС-П и  РПС.

     7.2 Расчёт реактора  с параметрами,  обеспечивающими  наибольшую удельную  производительность

     В этом случае пренебрегаем зависимостью селективности от параметров процесса, поскольку селективность будет  зависеть только от количества воды попавшего  в реактор, поэтому примем селективность  равной как и в исходных данных.

     7.2.1 Расчёт РИС-П

     В данном случае, учитывая все рекомендации по параметрам. В нашем случае они все однозначны, в случае начальной концентрации и избытка второго реагента, выбирались точки выхода на плато, как наиболее целесообразные. При определении степени превращения, она была выбрана для точки максимума. Температура была выбрана максимальной, равной температуре кипения растворителя. Параметры следующие:

     X_A=80%; Ф_B=97%; β_Y=2; С_A,0 = 6,0 кмоль/м³; t=110ºC; k₀=0,6232 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=101,0699 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=41164,9284 л∙моль^-1∙мин^-1.

     Используя эти данные, был проведён расчет и получено следующее значение удельной производительности: G^А_B,ИПР=13,303 кмоль/(м³∙ч).

     7.2.2 Расчёт РПС

     В данном случае, учитывая все рекомендации по параметрам. В нашем случае они  все однозначны, в случае начальной  концентрации и избытка второго  реагента, выбирались наибольшие значения, условно принятые за 10 единиц и в том и в другом значении, условно являющиеся растворимостью исходного реагента и второго вещества в растворителе при температуре кипения растворителя (110ºС). Температура была выбрана максимальной, равной температуре кипения растворителя. При определении степени превращения, возникло противоречие, связанное с падением значения УП с ростом конверсии сырья. В качестве наилучшего значения степени превращения была выбрана такая точка, что кривая ещё не начинает ложиться на ось абсцисс, и обеспечивает достаточно хороший показатель УП. Параметры следующие:

     X_A=60%; Ф_B=97%; β_Y=10; С_A,0 = 10,0 кмоль/м³; t=110ºC; k₀=0,6232 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=101,0699 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=41164,9284 л∙моль^-1∙мин^-1.

     Используя эти данные, был проведён расчет и получено следующее значение удельной производительности: G^А_B,РПС=2,143∙10⁸ кмоль/(м³∙ч).

     Делаем  вывод о том, что при оптимальных  параметрах реактор РПС оказывается  производительней на несколько порядков.

     7.3 Расчёт реактора  с параметрами,  обеспечивающими  наибольшую селективность процесса

     7.3.1 Расчёт РИС-П

     В данном случае, учитывая все рекомендации по параметрам. В нашем случае, начальная концентрации и избыток второго реагента, выбирались с максимальными значениями (см. пункт 7.2.2), как наиболее целесообразные. При определении степени превращения, возникло противоречие, связанное с падением значения селективности с ростом конверсии сырья, поэтому выбрано значении частично обеспечивающее УП и удовлетворяющее селективности. Температура была выбрана максимальной, равной температуре кипения растворителя, так не наблюдается зависимости селективности от этого параметра.

     Параметры следующие:

     X_A=10%; β_Y=10; С_A,0 = 10,0 кмоль/м³; t=110ºC; k₀=0,6232 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=101,0699 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=41164,9284 л∙моль^-1∙мин^-1.

     Используя эти данные, был проведён расчет и получено следующее значение удельной производительности: Ф^А_B,ИПР=96 %.

     7.3.2 Расчёт РПС

     В данном случае, все рекомендации совпадают и дублируются предыдущим пунктом, т.е. рекомендации в данном случае для РПС такие же как и для РИС-П. Параметры следующие:

     X_A=10%; β_Y=10; С_A,0 = 10,0 кмоль/м³; t=110ºC; k₀=0,6232 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=101,0699 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=41164,9284 л∙моль^-1∙мин^-1.

     Используя эти данные, был проведён расчет и получено следующее значение удельной производительности: Ф^А_B,РПС=96 %.

     Таким образом, делаем вывод, что в данном случае оба реактора могут обеспечить высокое значение селективности.

 

     

     8 Выбор наилучшей  реакторной схемы

     Во-первых, зададимся упрощением, при котором расчёты по определению селективности аппаратов не будут учитываться, по той причине, что селективность в ходе процесса задаётся только поступающим в реакционную массу некоторым количеством воды. Это количество определяется только качеством подготовки сырья к синтезу. Поэтому основным критерием выбора будет являться расчёт удельной производительности при оптимальных параметрах, и как оказалось наиболее производительным является реактор РПС. Проведённый расчёт при оптимальных параметрах показал, что УП РПС составит: G^А_B,РПС=2,143∙10⁸ кмоль/(м³∙ч). Такое большое количество продукта получается при заданном оптимальном режиме. Но так же следует учесть тепловой эффект реакции, а при таком большом мольном потоке, такое количество тепла не сможет снять ни испарение растворителя, ни стандартная рубашка реактора, ни внутренние змеевики. Поэтому наиболее целесообразным видится понизить показатель УП РПС до приемлемого.

     Параметры следующие:

     X_A=60%; Ф_B=97%; β_Y=1; С_A,0 = 1,0 кмоль/м³; t=110ºC; k₀=0,6232 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=101,0699 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=41164,9284 л∙моль^-1∙мин^-1.

     Используя эти данные, был проведён расчет и получено следующее значение удельной производительности: G^А_B,РПС=394 кмоль/(м³∙ч).

     Сравним УП исходного варианта с полученным: 0,225 кмоль/(м³∙ч) против 394 кмоль/(м³∙ч), практически на 4 порядка показатель выше. Что говорит о целесообразности данного реакционного узла, даже при конверсии 0,6. Поскольку получаемый экономический эффект от валовой производительности оказывается намного выше затрат на очистку и позволяет принести больший экономический эффект, что наиболее целесообразно.

 

     

     ВЫВОДЫ

     В результате проведения анализа процесса и проведения расчётов наиболее целесообразным представляется реактор РПС, работающий при: X_A=60%; Ф_B=97%; β_Y=1; С_A,0 = 1,0 кмоль/м³; t=110ºC; k₀=0,6232 л∙моль^-1∙мин^-1; k_b=101,0699 л²∙моль^-2∙мин^-1; k_н=41164,9284 л∙моль^-1∙мин^-1. При этом его удельная производительность составляет: G^А_B,РПС=394 кмоль/(м³∙ч).

     Таким образом, можно говорить о РПС  с рассчитанными параметрами, как  о наиболее удачном техническом  решении по выбору реактора. Можно  утверждать, что поставленная в работе цель достигнута.

      

       

     СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов/ И.Л. Иоффе. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.
2. Лебедев Н.Н. Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза/ Н.Н. Лебедев, М.Н. Манаков, В.Ф. Швец, под ред. Н.Н. Лебедева, 2-е изд. перераб. – М.:Химия, 1984. – 376с.
3. Прокопов С.В. Кинетика гидролиза некоторых имидоилхлоридов адамантана/ С.В. Прокопов [и др.]// Бутлеровские сообщения. -  2008. – Т.13. - №3. – С.40-44