Математическое моделирование химических реакторов с учётом структуры потоков и уровня смешения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Дулькина, Наталия Александровна

• Дулькина, Наталия Александровна
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дулькина, Наталия Александровна

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ.

1.1 Идеальные модели структуры потокдв.

1.1.1 Модель реактора идеального вытеснения.

1.1.2 Модель реактора идеального смешения.;.

1.1.3 Каскад реакторов идеального смешения.:.

1.2 Комбинированные модели структуры потоков.

1.2.1 Реактор с диффузионной моделью структуры потоков.

1.2.2 Реактор с ячеечной моделью структуры потоков.

1.2.3 Сложные модели с последовательным и параллельным соединением звеньев.

1.3 Идентификация структуры потоков в химических реакторах методом входных возмущений.

1.4 Реальные модели структуры потоков в химических реакторах.

1.4.1 Математическая модель реактора с ламинарным потоком.

1.4.2 Математическая модель реактора с турбулентным потоком.

1.4.3 Математическая модель реактора реального вытеснения с произвольной функцией отклика.

1.4.4. Математическая модель реактора реального смешения.

1.5. Моделирование уровня смешения в химических реакторах.

1.5.1 Понятие об уровне смешения.

1.5.2 Оценка влияния уровня смешения на степень конверсии.л.

1.5.3 Экспериментальное определение уровня сегрегации.

1.6 Масштабирование уровня сегрегации в химических реакторах.

Выводы к главе 1 и постановка задач исследования.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ И УРОВНЯ СМЕШЕНИЯ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ.

2.1 Изучение радиального перемешивания в проточных аппаратах вытеснения.:.

2.2 Идентификация структуры потоков при последовательном соединении звеньев идеального вытеснения и смешения.

2.3 Экспериментальное изучение структуры сегрегированного и десегрегированного потоков в реакторах смешения.

Выводы к главе 2.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ И УРОВНЯ СМЕШЕНИЯ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ.

3.1 Прогнозирование уровня сегрегации в промышленных реакторах on iiii пия.

3.2 Экспресс-метод расчета реакторов идеального смешения.

3.3 Расчет политронных реакторов вы теснения с учетом реологических свойств реакционной массы.

3.4 Расчет геометрических размеров политропиых трубчатых реакторов

3.5 Систематизированный алгоритм расчета химических реакторов с учетом структуры потоков и уровня смешения.

Выводы к главе 3.

4 РАСЧЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ РЕАКТОРОВ ВЫТЕСНЕНИЯ И СМЕШЕНИЯ.

4.1 Математическое моделирование промышленного реактора

Г"идрохлорирования ацетилена.

4.2 Математическое моделирование промышленного реактора получения метиле! 1хл0рида.

4.3 Математическое моделирование промышленного реактора kcahtol'ei 1ирова] 1ия спиртов.

Выводы к главе 4.

5 РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ.

5.1 кожухотрубный ка талитический реактор.

5.2 шнековый реактор смешения.

5.3 Комбинированный реак тор с зонами смешения и вытеснения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование химических реакторов с учётом структуры потоков и уровня смешения»

Проблемы интенсификации процессов в химических реакторах, связанные с повышением глубины переработки сырья, снижением энергозатрат и материальных ресурсов, привлекают в последнее время все большее внимание.

Основу современного подхода к решению Проблем химической технологии составляет системный анализ, в соответствии с которым задачи моделирования и оптимизации сложных химико-технологических систем решаются в тесной связи друг с другом, объединены общей стратегией и подчинены одной цели: созданию высокоэффективного химического производства [1]. Центральным понятием системного анализа является понятие системы — иерархической структуры с целым рядом взаимосвязанных подсистем и элементов. С этой точки зрения процесс получения химического вещества в реакторе представляет собой физико-химическую систему (ФХС), состоящую из гидромеханических, тепловых, массообменных процессов и непосредственно процесса химического взаимодействия. Построение математических моделей является основой всего системного анализа. Это центральный этап исследования или проектирования любой системы. От качества модели зависит судьба всего последующего анализа [2, 3].

Все химические реакторы делятся на две большие группы — реакторы вытеснения и реакторы смешения. Соответственно этой классификации в основе расчета каждой группы лежат физические и математические модели идеального вытеснения и идеального смешения. Фундаментом физического и математического моделирования реальных реакторов является учение о структуре потоков, в основе которого лежит вероятностный процесс распределения частиц но времени их пребывания в объекте. Учение о структуре потоков возникло в середине XX века. Большой вклад в развитие этого учения внесли зарубежные ученые Левеншпиль О. и Данкверст П. Отечественную школу по изучению структуры потоков возглавил академик Кафаров BiB.

Реальные промышленные реакторы всегда занимают промежуточное положение между идеальными моделями. Для их описания используют модели с л> - 8 ч ячеечной и диффузионной структурой потоков или комбинированные модели. Однако одной из основных проблем моделирования структуры потоков химических реакторов остается их идентификация по функциям отклика. Дело в том, что идентификация проводится обычно по интегральным параметрам функций распределения времени пребывания (РВП), которые часто обезличивают форму кривых отклика. Показано [3, 29], что одним и тем ж£ кривым отклика может соответствовать несколько моделей структуры потоков. Эта неоднозначность идентификации структуры потоков по кривым отклика может быть нивелирована при получении дополнительной информации из внутреннего объема объекта исследований.

Существующие традиционные методы расчета химических реакторов, основанные на кинетических исследованиях химических реакций и гидромеханических моделях структуры потоков с использованием теории подобия вызывают трудности из-за эффекта масштабирования, связанные с несовместимостью определяющих критериев подобия: химического - Дамкеллера и гидромеханического - Рейнольдса. Избежать этой трудности возможно при совместном решении системы уравнений, описывающей кинетику, структуру потоков, тепловые и массообменные процессы в химических реакторах, используя методы математического моделирования.

Кроме того, анализ физических и математических моделей основных типов химических реакторов по структуре потоков показывает, что ещё одной проблемой в настоящее время является учёт уровня смешения при переходе от лабораторных исследований к промышленным объектам [4]. ' '

На современном этапе развития науки и техники моделирование химических реакторов, интенсификация их работы и оптимизация конструкций невозможны без применения средств вычислительной техники и математического моделирования [5]. Это дает возможность существенно ускорить проектирование химических реакторов и с высокой точностью определять оптимальные рабочие параметры процесса, основываясь на известных данных кинетики химических реакций, гидродинамики, тепло- и массопереноса [6-8].

Цели настоящей работы:

- рассмотреть процесс, происходящий в химическом реакторе как взаимосвязанную систему, состоящую из гидромеханических, тепловых, массообменных и химических процессов; i i\ 1

- разработать физическую и математическую модель и методику расчета реакторов по функциям отклика сегрегированного и десегрегированного потоков;

- разработать метод идентификации структуры потоков комбинированной модели последовательного соединения звеньев идеального смешения и вытеснения;

- разработать физическую и математическую модель и метод прогнозирования уровня смешения промышленных реакторов, учитывающих эффект масштабирования при переходе от модельного реактора к натурному;

- разработать математическую модель иолитропного реактора вытеснения с учетом реологических свойств реакционной массы и составить алгоритм расчета его геометрических размеров;

- провести анализ математических моделей основных типов химических реакторов и разработать комплексную программу их расчета на ЭВМ с учетом структуры потоков п уровня смешения.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений. Диссертация содержит 143 страницы основного текста, 37 рисунков, 8 программ расчетов па ЭВМ. Библиографический список включает 123 наименования. Общий объем работы— 188 страниц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Дулькина, Наталия Александровна

Выводы к главе 4

1. Анализ математической модели промышленного реактора гидрохлорирования ацетилена позволил уменьшить максимальную температуру реакционной массы, предотвратить термическую деструкцию катализатора и увеличить срок его службы за счет создания в нижней крышке реактора дополнительной адиабатической зоны с отработанным катализатором, разбавленным и нертн ы м ма тер и алом.

2. По результатам анализа математической модели промышленного реактора гидрохлорирования ацетилена составлена программа расчета его основных параметров, оптимизирующих его работу (приложение 2, программа vinilxlor).

3. Анализ математической модели промышленного реактора метиленхлорида позволил предложить селективный рецикл по хлорметану, обеспечивающий увеличение производительности по целевому продукту на 15-20 %.

4. По результатам анализа математической модели промышленного реактора метиленхлорида составлена программа расчета его основных параметров, оптимизирующих его работу (приложение 3, прог рамма СП4 ).

5. Анализ математической модели промышленного реактора ксантогенирова-ния спиртов позволил уменьшить энергозатраты на перемешивание на 80%, сосредоточив зону смешения на входе реактора.

6. По результатам анализа математической модели промышленного реактора ксантогенирования спиртов составлена программа расчета его основных параметров, оптимизирующих его работу (приложение 4, программа Politrop).

122

5 РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ХИМИ Ч ЕС К И X Р Е АКТОРО В

На основании теоретических исследований, изложенных в данной работе, и опираясь на физические и математические модели рассмотренных процессов, предлагаются новые конструкции аппаратов для проведения химических реакций, защищенные патентами РФ.

5.1 Кожухотрубный каталитический реактор

Общий вид разработанной конструкции кожухогрубного каталитического реактора представлен на рисунке 5.1 [89].

В отличие от известной конструкции [ЮЗ], данная конструкция кожухогрубного каталитического реактора позволяет умейьшенить пиковые температуры на входе реакционной массы в трубы трубного пучка и предотвратить термическую деструкцию катализатора.

В отличие от известной конструкции [104], предложенная конструкция кожухотрубного каталитического реактора позволяет упростить конструкцию и снизить стоимость технологического процесса за счет использования объема верхней и нижней крышек трубчатого реактора.

Известны также другие способы интенсификации теплообмена в трубчатых аппаратах, которые отражены в патентах [105-109].

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является кожухотрубный каталитический реактор, содержащий корпус с верхней и нижней крышками и патрубками для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя, трубные решётки с пучком труб, внутри которых размещён катализатор [ПО]. По сравнению с прототипом, данная конструкция реактора позволяет уменьшенить расход свежего катализатора, предотвратить его термическую деструкцию и увеличить срок службы.

Кожухотрубный каталитический реактор (рис. 5.1) содержит корпус I с патрубками входа 2 и выхода 3 теплоносителя, верхнюю 4 и нижнюю 5 крышки

123 с патрубками входа 6 и выхода 7 реакционной массы, трубные решетки 8 с закрепленными в них трубами 9 трубного пучка. В трубах 9 трубного пучка и верхнюю крышку 4 засыпан катализатор 10, а в нижнюю крышку 5 засыпан отработанный катализатор 11 с равномерно распределенными по его объему металлическими трубками 12. 7

Рис.5.1. Кожухотрубный каталитический реактор

Кожухотрубный каталитический реактор работает следующим образом. Реакционная масса поступает по патрубку 6 в нижнюю крышку 5 с отработанным катализатором 11 и металлическими трубками 12. Из-за низкой реакционной способности отработанного катализатора химическая реакция на его гранулах идет медленно, тепловыделение (теплопоглощение) незначительно и поэтому происходи т незначительное нагревание (охлаждение) реакционной массы

124 в адиабатическом режиме, не требующее теплоотвода (теплоподвода) к хладагенту или теплоносителю.

Локальному перегреву или переохлаждению способствуют металлические трубки 12, хорошая теплопроводность которых способствует выравниванию температуры в объеме гранул отработанного катализатора 11. Кроме того, попадая внутрь трубок, реакционная масса перестает участвовать в химической реакции, что подавляет возникновение локальных пиковых температур.

Частично прореагированная реакционная масса поступает из нижней крышки 5 в 'трубы 9 трубного пучка на гранулы катализатора 10, где происходит основная реакция с тепловыделением или теплопоглощением. Для отвода тепла экзотермической реакции в межтрубное пространство корпуса 1 и труб 9 по патрубку 2 подают холодный теплоноситель, а по патрубку 3 его отводят. Для подвода тепла при протекании эндотермической реакции в межтрубное пространство корпуса 1 и груб 9 по патрубку 2 подают горячий теплоноситель, а по патрубку 3 его отводят. Таким образом, зона труб 9 трубного пучка является поли тропной зоной реактора.

Прореагировавшая реакционная масса выходит из труб 9 трубного пучка и поступает на гранулы 10 катализатора, находящегося в верхней крышке 4, где в адиабатическом режиме происходит дополнительное превращение сырьевых компонентов реакционной массы в продукты реакции. Так как в крышке 4 нет отвода "тепла к хладагенту при экзотермической реакции, то реакционная масса в верхней крышке 4 дополнительно разогревается, что увеличивает степень превращения. Отработанная реакционная масса с продуктами реакции выводится из верхней крышки 4 через патрубок 7.

Дополнительный катализатор позволяет увеличить время пребывания реакционной массы в реакторе и повысить степень превращения ее в продукты реакции. Размещение дополнительного катализатора в двух зонах позволяет регулировать скорость реакции и ее тепловую мощность в зависимости от активности катализатора в каждой зоне.

125

Размещение в верхней крышке дополнительного катализатора, имеющего ту же высокую каталитическую активность, что и катализатор, размещенный внутри труб трубного пучка, позволяет повысить степень конверсии экзотермических реакций, повысить температуру и скорость реакции.

Размещение в нижней крышке отработанного катализатора с малой каталитической активностью и равномерное распределение в нем металлических трубок позволяет выравнивать концентрацию и температуру реакционной массы на входе в трубный пучок, а также предотвратить резкий скачок температур из-за малой скорости реакции по сравнению со скоростью реакции на катализаторе с высокой каталитической активностью, находящемся в трубах трубного пучка и в верхней крышке. Кроме того, реакционная масса, попадая внутрь трубок, не участвует в реакции, что еще в большей степени способствует подавлению скорости реакции, а хорошая теплопроводность металлических трубок способствует выравниванию температуры катализатора в нижней крышке. Для предотвращения попадания гранул катализатора внутрь трубок их внутренний диаметр рекомендуется выбирать меньше размера гранул катализатора.

Предлагаемая конструкция кожухотрубного каталитического реактора может быть изготовлена из обычных кожухотрубных каталитических реакторов. Для этого достаточно при замене катализатора в трубах трубного пучка засыпать его в качестве отработанного катализатора в нижнюю крышку и равномерно распределить в гранулах отработанного катализатора металлические трубки, а свежий катализатор помимо труб трубного пучка засыпать в верхнюю крышку.

126

5.2 Шнековый реактор смешения

Общий вид разработанной конструкции шнекового реактора смешения представлен на рис. 5.2 [111].

В отличие от известных конструкций [112-114], данный шнековый реактор смешения позволяет уменьшить продольное перемешивание реакционной массы и увеличить ее радиальное перемешивание, что способствует выравниванию времени пребывания частиц и улучшению качества продуктов реакции.

Шнековый реактор смешения состоит из цилиндрического корпуса 1 и расположенного по его оси приводного вала 2. На приводном валу 2 закреплен шнек 3. Снаружи цилиндрический корпус 1 охватывает теплообменная рубашка 4 с патрубками входа 5 и выхода 6 теплоносителя. Цилиндрический корпус 1 имеет патрубки для подвода 7 исходной смеси и отвода 8 реакционной массы.

Между гребнями шнека 3 в шахматном порядке расположены углы радиального смешения, представляющие собой оси 9, жестко закрепленный в сред

Рис.5.2 Шнековый реактор смешения

127 ней части высоты гребней шнека 3, на которых симметрично установлены пластины 10 с винтовой поверхностью.

Предлагаемый реактор смешения работает следующим образом. Привод приводит во вращение с угловой скоростью вал 2, который с той же угловой скоростью передает вращение шнеку 3. По патрубку 7 подают исходную смесь, а по патрубку 8 выводят реакционную массу. В теплбобменную рубащкуч4 по патрубку 5 подают теплоноситель, а выводят его через патрубок 6. Под действием гребней шнека 3 осевой напор реакционной массы преобразуется во вращение пластин 10, имеющих форму винтовой поверхности, с угловой скоростью.

Интенсивное перемешивание реакционной массы пластинами 10, имеющими форму винтовой поверхности, приводит к усреднению скорости движения реакционной массы в осевом направлении, выравниванию среднего времени пребывания ее частиц и в конечном счете увеличению степени конверсии.

Кроме того, турбулизация потока реакционной массы при вращении пластин 10, имеющих форму винтовой поверхности, интенсифицирует процесс теплопередачи от реакционной массы в корпусе 1 к теплоносителю в рубащке 4, предупреждает термическую деструкцию вблизи твердых теплопередающих поверхностей и значит увеличивает качество реакционной массы. "

Предлагаемая конструкция реактора смешения позволяет несложно провести реконструкцию существующих шнековых реакторов смешения. Для этого достаточно в середине высоты гребней шнека 3 установить в шахматном порядке узлы радиального смешения, представляющие собой заранее подговлен-ные оси 9 с пластинами 10, имеющими форму винтовой поверхности. Жесткая установка осей 10 достигается известными методами, например сваркой.

128

5.3 Комбинированный реактор с зонами смешения и вытеснения

На рисунке 5.3 представлен общий вид трубчатого аппарата для проведения химических реакций, представляющий собой комбинированный реактор с зонами смешения № вытеснения [115].

В отличие от известных конструкций [106, 116-123] данный трубчатый аппарат, позволяет увеличить эффективность и скорость перемешивания исходных веществ на входе трубного пучка, повысить степень конверсии исходных веществ в продукты реакции за счет увеличения времени пребывания и выравнивания профиля температур для неизотермических реакций.

Трубчатый аппарат для проведения химических реакций состоит из кор./- - пуса 1 с патрубками ввода 2 и вывода 3 теплоносителя, реакционной камеры 4 с патрубками 5 для ввода реакционной среды, и крышки 6 с патрубком 7 для вывода реакционной среды, размещенного в корпусе 1 теплообменных труб 8, закрепленных б трубках 9 и 10.

В реакционной камере 4 с патрубками 5 для ввода реакционной среды установлен вал 11 с закрепленным на его конце активатором 12, выполненным в виде пластины с винтообразной поверхностью. Перед активатором 12 на валу 11 жестко закреплена гидравлическая турбина 13 с лопатками 14. Активатор 12 с гидравлической турбиной 13 образуют распределительное устройство для равномерной подачи реакционной среды в теплообменные трубы 8. Патрубки 5 / ч для ввода реакционной среды установлены по нормали к лопаткам 14 гидрав-ч --лической турбины 13. Крышка 4 с патрубками 5 для ввода реакционной среды снабжена рубашкой 15 с патрубками ввода 16 и вывода 17 теплоносителя.

Трубчатый- аппарат для проведения химических реакций работает следующим образом. Компоненты реакционной массы подаются по патрубкам 5 в реакционную камеру 4. Так как патрубки 5 установлены по нормали к лопаткам 14 гидравлической турбины 13, то потоки компонентов реакционной среды ударяют в лопатки 14 и при преобразовании энергии скоростного напора в

130 трубы 8. При химическом взаимодействии компонентов реакционной среды для неизотермических реакций, которое начинается не в теплообменных трубах 8, а в реакционной камере 4 при экзотермической реакции тепло выделяется и для его тегшоотвода в рубашку 15 подводится по патрубку 16 хладагент, а по патi рубку 17 этот хладагент отводится. Для эндотермических реакций, идущих с поглощением тепла, в рубашку 15 по патрубку 16 теплоноситель подводят, а по патрубку 17 отводят. За тем частично прореагировавшие компоненты реакционной среды равномерно поступают во все теплообменные трубы 8. Эта равномерность обеспечивается выравниванием давления перед входом в трубы из реакционной камеры 4, а также за счет вращения активатора 12 и гидравлической турбины 13, образующих распределительное устройство. На выходе из тепло-обменных труб 8 продукты реакции поступают в крышку 6 и через патрубок 7 выводятся из трубчатого аппарата.

Хладагент в случае экзотермической реакции или теплоноситель в случае эндотермической реакции подают по патрубку 2 в межтрубное пространство корпуса 1 и выводят через патрубок 3.

Установка па конце вала активатора в виде пластины с винтообразной поверхностью, а перед ним жесткое закрепление па валу гидравлической турбины с образованием распределительного устройства и установка на реакционной камере патрубков ввода реакционной среды по нормали к лопаткам гидравлической турбины позволяет увеличить степень конверсии за счет увеличения объема реакционного пространства на величину объема реакционной камеры, улучшить качество продуктов реакции за счет выравнивания концентрации, "температуры и давления при вращении вала с активатором и гидравлической турбиной, предотвратить термическую деструкцию, перегрев или переохлаждение реакционной среды в реакционной камере за счет подачи теплоносителя в дополнительную рубашку, предотвратить попадание реакционной среды в воздух через подшипник вала, уменьшить термическую нагрузку на теплообменные трубы и обеспечить равномерную подачу реакционной среды во все теплообменные трубы.

131

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

11рименение системного подхода к анализу процесса, происходящего в химическом реакторе позволило рассмотреть его как взаимосвязанную физико-химическую систему, состоящую из целого ряда подсистем и элементов: гидродинамических, химических, тепловых и массообменных процессов. Используя математическое моделирование, составляющее основной метод исследования в системном анализе, в диссертационной работе получены следующие результаты:

1. В связи с необходимостью получения дополнительной информации о структуре потока из внутреннего объема объекта исследования, разработана методика синхронного снятия кривых отклика из внутреннего объема аппарата и на выходе из него, позволяющая идентифицировать комбинированные модели структуры потоков и последовательность расположения в них зон вытеснения и смешения и рассчитывать их статистические параметры. Составлена программа расчета на ЭВМ химического реактора с комбинированной моделью последовательного соединения зон вытеснения, смешения, вытеснения.

2. Разработаны физическая и математическая модели реактора с функциями отклика сегрегированного и десегрегированного потоков.

3. Разработана методика определения уровня сегрегации, основанная на методе реагирующего индикатора, позволяющая определять кривые отклика сегрегированного и десегрегированного потоков и рассчитывать их статистические параметры. Составлена программа расчета на ЭВМ химического реактора с учетом функций отклика сегрегированного и десегрегированного потоков.

4. Разработаны физическая и математическая модели и методика прогнозирования уровня сегрегации, учитывающая время растворения глобул и эффект масштабирования при переходе от лабораторного аппарата к натурному реактору. Составлена программа расчета на ЭВМ химического реактора с учетом уровня смешения и трансформации кривой отклика при масштабировании.

5. Разработан экспресс-метод расчета реакторов идеального смешения по интегральной кинетической кривой.

32

6. Разработан метод расчета числа трубок и их диаметра в политропных кожу-хотрубчатых реакторах па основании математических моделей кинетики и теплообмена.

7. На основании математической модели политропного реактора вытеснения, учитывающей зависимость параметров реакционной массы от температуры, разработан алгоритм расчета, описывающий профиль температуры, скорости и степени конверсии по длине реактора.

8. Проанализированы математические модели, систематизированы методики и разработана единая комплексная программа расчета на ЭВМ девяти основных типов химических реакторов с учетом структуры потоков и уровня смешения. Данная программа позволяет но заданной степени конверсии и производительности прогнозировать объем аппарата и выбирать наиболее эффективный тип промышленного реактора.

9. Разработаны и проанализированы математические модели трех промышленных реакторов, составлены программы их расчета на ЭВМ и предложены способы интенсификации работы данных реакторов, позволяющие:

- увеличить срок службы катализатора в реакторе гидрохлорирования ацетилена на 2,5-3 месяца за счет снижения пиковых температур созданием в нижней крышке реактора адиабатической зоны;

- увеличить производительность реактора производства метиленхлорида по целевому продукту на 6-7%, предлагая осуществлять селективный рецикл только по первому продукту реакции, или на 15-20% — за счет увеличения этого рецикла;

- уменьшить в 4-5 раз энергозатраты при работе реактора ксантогенировапия этилового спирта, предложив осуществлять принудительное интенсивное перемешивание реакционной массы по радиусу только на начальном участке реактора (-20% от общей длины реактора).

10.Разработаны три новые перспективные конструкции химических реакторов, новизна которых защищена патентами РФ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дулькина, Наталия Александровна, 2002 год

1. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Липатов Л.М. Системный анализ процессов химической технологии. — М.: Наука, 1982. — 343 с.

2. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. — М.: Наука, 1981, —487 с.

3. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев Л.С. Моделирование и системный анализ биохимических производств. — М.: Лесная промышленность, 1985.279 с.

4. Голованчиков А.Б., Чарльз У. Изекор, Тябин Н.В., Горелик В.М. Расчет химических реакторов с учетом уровня смешения // Реология, процессы и аппараты химической технологии / Сб. паучн. тр. — Волгоград: Изд. ВолгГТУ, 1993, —С. 20-25.

5. Вычислительная техника и современный анализ в проектировании реактора/ Kfambeck F. // Inst. Chem. Eng. Symp. Ser. — 1984. — №87. — C. 733-754. — Англ.

6. Актуальные проблемы моделирования химических процессов и реакторов /

7. Слинько М.Г. // Хим. промышленность. — 1994. — №10. — С. 65 1-659.i

8. Моделирование реакторов с целью максимальйой оптимизации химических процессов / Chem. Eng. (USA). — 2000. — 107, №6. — С. 72-79. — Англ.

9. Моделирование химических реакторов / Ranatle V.-V. // Chem. Eng. (USA).1997. — 104, №5. — С. 96-102. — Англ.

10. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. — М.: Химия, 1973. — 224 с.

11. Ю.Брайнес Я.М. Введение в теорию и расчёты химических и нефтехимических реакторов. — М.:Химия, 1976. — 232 с.

12. Смирнов Н.Н., Волжинский А.И. Химические реакторы в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд. перераб. — Л.: Химия, 1986. — 224 с.

13. Холанд Ф., Чапман Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов / Под ред. Ю.М. Жорова. — М.: Химия, 1974. — 208 с.13413Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. — М.: Изд-во Гос. техн. — Теор. литературы, 1953.

14. Смирнов Н.Ю., Мельников А.А., Шарков В.И. и др. О границе области идеального перемешивания в аппаратах с мешалками // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология.— 1978. — т.21, выпуск №4. — С. 601-604.

15. Burghardt A., Liporwka L., Mixing phenomena in a continuous flow stirred tank reactor//Chem. Eng. Sci. — 1972. — V.27. — №10. — p.p. 1783-1795.

16. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. — М.: Химия, 1976.—464 с.

17. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. — М.: Химия, 1969. — 621 с.

18. Безденежных А.А. Математические модели химических реакторов. — Киев: Техника, 1970. — 176 с.

19. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. — М.: Наука, 1976. — 500 с.

20. Дорохов И.Н. Итоги науки и техники / Серия «Процессы и аппараты химических производств».— М., 1973. — т.1. — С. 5-87.

21. Сравнение диффузионной модели и модели идеального вытеснения / Lortie Robert, Pellefir Dominique // AlChE Journal. — 1992. — 38, №6. — C. 14771480, —Англ.135

22. Тябин Н.В., Голованчиков А.Б. Методы кибернетики в реологии и химической технологии: Учебное пособие. — Волгоград: Волгоградская правда, 1983. — 103 с.

23. На Ц. Вычислительные методы решения прикладных граничных задач. — М.: Мир, 1982.

24. Голованчиков А.Б., Симонов Б.В. Применение ЭВМ в химической технологии и экологии / Учебное пособие. Часть 5. Химические процессы и реакторы. — Волгоград: РПК "Политехник", 1998. — 122 с. . >

25. Buffman В.А. Распределение времени пребывания в областях со стационарным движением потока // Nature. — 1985. — 314, №6012. — С. 606-608. — Англ.

26. Васин А.А., Костанян А.Е., Чернышева JI.H., Бычков А.Я. Структура потоков в промышленных реакторах окисления циклогексана // Химическая промышленность. — 1987. —№10.

27. Изекор Чарльз У. Моделирование структуры потока и уровня смешения в химических реакторах. Дисс. канд. техн. наук. — Волгоград, 1990. vv

28. Burkle Karl Josef, Fett Franz N. Расчет функции распределения времени пребывания для ячеечной модели с внутренним перетеканием при введении метки вещества в произвольную ^чейку // Chem.-Ing.-Techn. — 1986. — 58, №9, —С. 744-746, —Нем.

29. Liabres P., Cunill F., Gimenez J. Использование трассеров для определения конверсии в химическом реакторе // Affinidad.- — 1985. — 42, №397. — С.285-288. — Исп.

30. Hsu J.Т., Dranoff I.S. Проблемы начальных условий для дисперсионной модели реактора // Chem. Eng. Sci. — 1986. — 41, №7. — С. 1930-1934. — Англ.136

31. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1971. — 750 с.

32. Минскер К.С., Захаров В.П., Берлин А.А. Трубчатые турбулентные реакторы вытеснения новый тин промышленных аппаратов.// Теоретические основы химической технологии. — 2001. — т.35, №2. — С. 172-177.

33. Гордеева Е.Л. Влияние перемешивания на динамику трубчатого реактора при возмущении по поступающему потоку II ММТТ-12; Сборник трудов 12-йIмеждународной научной конференции. — Великий Новгород, 1999.—т.2.

34. Гордеев Л.С. Некоторые вопросы моделирования жидкофазных реакторов с перемешиванием // Труды Московского химико-технологического института.—М.: 1983, вып. 127 — С. 60-69.

35. Лабутин А.Н., Кафаров В.В., Гордеев Л.С., Мурачев Е.Г. Влияние микросмешения на процесс инициированного хлорирования поливинилхлорида в реакторе // Известия ВУЗов / Серия Химия и химическая технология. — 1978. — т.21, выпуск №4. — С. 598-600.

36. Микроперемешивание в проточных реакционных системах. Миронов АЛО., Тябин 11.В. — Волгоград: Волгоградский политехнический ин-т, 1986.-—46 с.

37. Villerman .!., Falk L. Успехи в области расчета микроперемешивания в химических реакторах // Rev. Inst. 1т. Petrole. — 1996. — 51, №2. —С. 205-213. —Англ.

38. Федоткин И.М. Интенсификация химико-технологических процессов. — Киев: Вища школа, 1979. — 341 с.

39. Арис С. Анализ процессов в химических реакторах. Л.: Химия, 1967 — 328 с.

40. Крамере X., Вестертерп 1\. Химические реакторы. Расчет и управление ими. Пер. с англ. / Под ред. проф. Г.М.Панченкова — М.: Химия, 1967. — 264 с.

41. Михаил Р., Кырлогану К. Реакторы в химической промышленности. Перевод с румынского — Л.:Химия, 1967. — 387с.

42. Вэйлас С. Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов. Пер с англ. 2-е изд. испр. —М.: Химия, 1967. — 414 с.

43. Денбиг К.Г. Теория химических реакторов. — М.: Наука, 1968— 191с.137

44. Тябип Н.В., Голованчиков А.Б. Оценка масштабного эффекта при математическом моделировании структуры потока в аппаратах с мешалками // Известия ВУЗов: Химия и химическая технология. — 1981. — т. 24, вып.З.1. С. 361-365.

45. Lcng Douglas Е. Масштабирование реакторов с перемешиванием // Chem. Eng. Progr. — 1991. — 87, №6. — С.23-31. — Айгл.

46. Badgwell Thomas A., Edgar Thomas, Trachteriberg Isaal Моделирование и масштабирование пластинчатых реакторов химического парофазного осаждения // AlChE Journal. — 1992. — 38, №6. — С 926-938. — Англ.

47. J tali Kenji, Yamaguchi Yukio Масштабирование химических реакторов (на примере газожидкостных реакторов с механическим перемешиванием и бар-ботажных колонн) // Kagaku kogaku. Chem. Eng. Jap. — 1996. — 60, №3. — С. 170-172. — Ян.

48. Wang Y.-D., Mann R. Частичная сегрегация в реакторах периодического действия с переме-шиванием. Влияние масштаба операции. на выход при двух конкурирующих реакциях // Chem. Eng. Res. and Des. — 1992. —70, №3. — С. 282-290. — Англ.

49. Eikenbusch II., Hoyal В., Carregal-Ferreira J. Моделирование и масштабирование трехфазных потоков в реакторе с мешалкой // Chem.-Ing. Techn. — 2000.72, №9. —С. 1048. —Нем.

50. Murthy А.К. Масштабирование и проектирование реакторов для гидрирования с многофазными системами // Chem. Eng. (USA). — 1999. — 106, №10.1. С. 94.-107, —Англ.

51. Жерновая И.Н., Кафаров В.В. Процессы перемешивания в жидких средах: Итоги науки и техники / Серия "Процессы и аппараты химической технологии". — М.: ВИНИТИ, 1975. №3. - С.5-44.

52. Дулькина Н.А., Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В. Оптимизация работы реактора метиленхлорида по материальному балансу // Рфлогия, процессы и аппараты химической технологии: Сб. науч. тр. / ВолгГТУ. — Волгоград, 1999. — С.8-15.

53. Голованчиков А.Б., Тябин Н.В. Математические модели аппаратов при перемешивании. Теоретические основы химической технологии. 1983. -т. 17, №4. — С.502-509.

54. Методы исследования быстрых реакций / Под редакцией Г.Хеммиса. Перевод с английского. — М.: Мир, 1977. — 716 с.

55. Novak V., Jandowrek V., Rider F. Homogenization efficiency of motionless mixer in Proc. 5- th Eur. Conf. on Mixing, Wurzburg, West Germany, 10-12 June, 1985, paper 23, pp.571-579.

56. Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В., Дулькина Н.А. Моделирование структуры сегрегированного и десегрегированного потоков в реакторах смешения // Известия ВУЗов: Химия и химическая технология. —т. 44, вып.4. — 2001. — С. 87-89.

57. Гордеев Л.С., Кафаров В.В. Влияние сегрегации на химическую реакцию псевдопервого порядка в аппарате перемешивания с двумя циркуляционными контурами // Прикладная химия. — 1974. — №11. — С. 2486-2491.

58. Гордеев Л.С., Кафаров В.В. Влияние сегрегации на химическую реакцию псевдопервого порядка в аппарате перемешивания с одним циркуляционным контуром // Прикладная химия.— 1974. — №10. — С. 2250-2255.

59. Гордеев Л.С., Кафаров В.В., Еремич И.К. Влияние сегрегации на работу реакторов периодического действия // Теоретические основы химической технологии. — 1976. —т. 10. — №4. — С. 557-567.

60. Цирлин A.M., Миронова В.А., Крылов Ю.М. Сегрегационные процессы в химической промышленности. -М.: Химия , 1986 — 232 с.

61. Кареев Р.А. Модель микросмешения с совмещёнными средами // Теоретические основы химической технологии. — 1983. —-т. 1 7. —№5. — с. 654-658.

62. Голованчиков А.Б., Тябин Н.В. Расчёт химических реакторов со структурой потоков реального перемешивания // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. — 1982. —т.23. — №6. — С.763-768.

63. Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В., Дулькина Н.А. Прогнозирование уровня сегрегации промышленных реакторов смешения // Научные сообщения КДН: Меж4вуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. —Волгоград, 1999. Бюллетень №8 -—С.59-66.

64. Дулькина Н.А., Рябчук Г.В., Голованчиков А.Б. Масштабирование уровня сегрегации в реакторах смешения // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ- 12): Тез. докл. межд. научн. конф. — Великий Новгород, 1999.—С.89.

65. Дулькина Н.А., Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В. Влияние времени десегрегации на конверсию в химических реакторах // Перспективы развития Волжского региона: Тез. докл. всероссийской заочной конф. — Тверь, 1999. — С.238-239.

66. Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В., Дулькина Н.А., Мамедова А.А. Экспресс-метод расчёта реакторов идеального смешения // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ- 13): Тез. докл. межд. научн. конф. — Санкт-Петербург, 2000. — С. 13.

67. Голованчиков А.Б., Тябин Н.В. Расчёт реакторов вытеснения^ по кинетическим и реологическим данным // Известия ВУЗов: Химия и хим. технология, 1988.—т.31. — вып.11. — С. 119-123.

68. Тябин Н.В., Голованчиков А.Б. Модель вытеснения для структуры потоков в трубчатых реакторах // Теоретические основы химической технологии. — 1982, —т.16,№1, —С. 126-128.

69. Теплофизические и реологические характеристики полимеров. Справочник / Под общей редакцией Ю.С. Липатова. — Киев: Наукова думка, 1977. — 244с.

70. Голованчиков А.Б., Тябин Н.В. Определение реологических свойств жидкостей по функциям отклика структуры потока в капилляре // Инженерно-физический журнал.— 1981. — т.ХЬ.—№4. — С. 651-656. .140

71. Дулькина Н.А., Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В. Расчёт геометрических размеров иолитропных трубчатых реакторов // Реология, процессы и аппараты химической технологии: Сб. науч. тр. / ВолгГТУ. — Волгоград, 1999. — С.139-142.

72. Голованчиков А.Б., Тябин Н.В. Математическое моделирование изобретений в химической технологии: Учебное пособие.—Волгоград: ВолгПИ, 1987— 112 с.

73. Жеранин А.В. Определение основных геометрических параметров реактора вытеснения при ламинарном движении среды // Хим. и нефтегаз. машиностроение: Хим. и нефтехим. машиностроение.— 1997. — №4,-—С. 13-14.

74. Лопатин Е.Б., Попов В.В., Тимофеев B.C. Оптимизация реакционных процессов. Определение оптимальных геометрических размеров реактора // Хим. промышленность.— 1994, №12. — С. 834-836.

75. Козулин Н.А., Соколов В.Н., Шапиро А.Я. Примеры и задачи по курсу оборудования заводов химической промышленности. — Ленинград: Машиностроение, 1966. — 491 с.

76. Дулькина Н.А., Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В. Расчёт химических реакторов на ЭВМ с учётом структуры потоков и уровня смешения: Методические указания к расчёту химических реакторов. — Волгоград: ВолгГТУ, 2001. 36 с.

77. Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии. — Киев: Высшая школа, 1973. — 279 с.

78. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов аппаратов химической технологии. — Л.: Химия, 1986. — 576 с.

79. Промышленный синтез гидрохлорирования ацетилена по способу фирмы Куреха/ Бэссацу Кагаку Коге.—: 1966.— №5.— т.Ю.— С.52-53.

80. Способ получения винилхлорида: Авт. св. 203673 СССР, С 07 С 19/02,— 1967.141

81. Кожухотрубный каталитический реактор: Пат. 139916 ГДР, В 01 J 8/00. — 1980.

82. Реактор для проведения экзотермических каталитических процессов: Пат. 1565824 Великобритания, В 01 J 8/04,— 1978.

83. Каталитический реактор: Пат. 2447484 США, В 01 J 8/00,— 1977.

84. Кожухотрубный каталитический реактор. Патент РФ № 2180266 7 В 01 J 8/06 / А.Б.Голованчиков, Г.В. Рябчук, Н.А. Дулькина, М.В. Шибитова.

85. Голованчиков А.Б., Тябин П.В. Выравнивание профиля температур в политропических трубчатых реакторах // Известия ВУЗов: Химия и химическая технология.— 1987. —т.ЗО, вып. №10.— С. 107-111.

86. Eigenberger Gerhart, Ruppel Wilhelm. Проблемы математического моделирования промышленных реакторов с неподвижным слоем // Germ. Chem. Eng.i1986. — 9, № 2. — С. 74-83. — Англ.

87. Писаренко В.Н. Анализ способов интенсификации работы адиабатических реакторов // 5-я Международная научная конференция «КХТП-У-99»: Тр. научн. сес, — М.— 1999, — С. 108-121.

88. Бояринов А.П., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии.— М.: Химия, 1975. — 575с.

89. Кафаров В.В., Перов В.Л., Мешалкин В.П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. —М.: Химия, 1974. — 344с.

90. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. —М.: Высшая школа, 1991. — 400с.

91. Вальдман А.И., Вальдман Д.И. Ксантогенирование спиртов. Сообщения 1-3. Рукопись деп. в ОНИИТЭХИМ (г. Черкассы) № 476хп-84Деп,- № 478хп-84Деп.; РЖХим, 1984, 19Б4132-19Б4134.142

92. Регламенты производств этилового и изобутилового ксантогенатов калия на ПО "Оргсингез" г.Волжский Волгоградской обл.

93. Гнатюк П.П., Гурвич С.М. Современное состояние и перспективы развития производства флотационных реагентов в СССР и за рубежом // Обзор ин-форм: Общеотраслевые вопросы развития хим. пром. — М.:НИИТЭХИМ, 1980. —вып. 6, —43 с.

94. Гаврилова С.Э. Математическое моделирование и оптимизация тепловых режимов управления химическими реакторами идеального вытеснения // Математическое моделирование в естественных науках: Тез. докл. Всерос. конф. молодых ученых. — Пермь, 1998. — С.67.

95. Вершинин О.А., Голованчиков А.Б., Тябин Н.В. Исследование структуры потока в аппаратах вытеснения со шнековым смесителем // Реология, процессы и аппараты химической технологии / Сб. научн. тр. — Волгоград: ВолгГТУ, 1997, — С. 3-7.

96. Патент Великобритании №156824; В01 J8/04, 1980.

97. Авт. св. СССР №222327, В01 J 8/00, 1974.

98. Кожухотрубчатый теплообменник. Авт. св. СССР № 1151809 F 28 D 7/00, Бюл. № 15/85.

99. Способ интенсификации теплообмена в трубчатых аппаратах. Авт. св. СССР № 1019207А F 28 F 13/12, Бюл. №19/83.

100. Теплообменник. Авт. св. СССР № 1575052 F 28 D 7/00, Бюл. №24/90.

101. Теплообменный аппарат. Авт. св. СССР № 303476 F 28 f 13/08.

102. Вертикальный реактор для экзо- или эндотермических реакций. Авт. св. СССР № 1519524 В 01 J 8/04, Бюл.№40/89.

103. Патент РФ № 1810096, В01 J 8/08, 1997.143

104. Реактор смешения. А.Б.Голованчиков, А.А. Мамедова, Г.В. Рябчук, Н.А. Дулькина, А.В. Ильин, В.А. Фокина. Патент РФ № 2168351. 7В 01 F 7/08, В 01 J 19/18.

105. Авт.св. СССР №436529, BOl J19/18, 1970.

106. Герман X. Шнековые машины в технологии,- JT.: Химия, 1975, с.71-72.

107. Патент России №203 1704, ВО 1 J19/18, 1991.

108. Трубчатый аппарат для проведения химических реакций. Патент РФ № 2168354. 7 В 01 J 8/06, F 28 F 13/12 / Голованчиков А.Б., Рябчук Г.В., Дулькина Н.А., Мамедова А.А., Кадыков FI.A.

109. Общие основы химической технологии / Перевод с польского иод ред. Романкова П.Г. и Курочкиной М.И. J1.: Химия, 1977. -318 с.

110. Каталитический трубчатый конвектор. Авт. св. СССР № 1142949 В 01 J 8/06, Бюл. №18/90.11 8. Устройство для закручивания теплоносителя в трубчатом теплообмен-ном аппарате. Авт. св. СССР №954787, F 28 F 13/06, N 32/82.

111. Мамедов Э.Ш., Харлампиди Х.Э. Реактор для проведения газожидкостных процессов. // 12-я Международная конференция по производству и применению химических реактивов и реагентов:; Тез. докл. — Уфа, 1999.—1. С.161-162. I

112. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. — JL: Машиностроение, 1979. — 271 с.

113. Контактный аппарат с неподвижной зернистой насадкой. Авт. св. СССР №841672, В 01 J 8/06, Бюл. № 24/81.

114. Теплообменник. Авт. св. СССР № 800586 F 28 F 13/10, Бюл. №4/81.

115. Теплообменный аппарат. Авт. св. СССР № 303476 F 28 f 13/08.. ., 144