Моделирование процессов дегидрирования бутенов и гидрирования пиперилена в электродинамических каталитических реакторах

• Автор: Шулаева, Екатерина Анатольевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Стерлитамак
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Применение электромагнитного излучения СВЧ диапазона в химической технологии
1.1. Особенности СВЧ нагрева
1.2. СВЧ установки для проведения химико-технологических процессов
1.3. Химические превращения, протекающие под действием СВЧ излучения
1.4. Особенности воздействия СВЧ излучения на некоторые промышленные катализаторы
1.4.1. Катализаторы процессов гидрирования и дегидрирования в органическом синтезе и в нефтехимии
1.4.2. Применимость некоторых промышленных катализаторов для проведения гетерофазных реакций в СВЧ поле
Глава II. Экспериментальные исследования процессов дегидрирования бутенов и гидрирования пиперилена в электродинамическом реакторе
2.1. Теоретические основы получения бутадиена и пентена
2.1.1. Реакции, протекающие при дегидрировании н-бутана и н-бутенов
2.1.2. Равновесие реакций дегидрирования бутенов
2.1.3. Процесс гидрирования пиперилена на катализаторе «Никель на кизельгуре»
2.2. Описание экспериментальной установки для проведения гетерофазных реакций
2.3. Экспериментальные исследования
2.3.1. Экспериментальное исследование динамической характеристики (температуры) в электродинамическом реакторе для процесса дегидрирования бутенов
2.3.2. Исследование выходов процесса дегидрирования бутенов в электродинамическом реакторе
2.3.3. Экспериментальное исследование динамической

характеристики (температуры) в электродинамическом реакторе для процесса гидрирования пиперилена
2.3.4. Исследование выходов реакции гидрирования пиперилена в электродинамическом реакторе
2.4. Технологический расчет лабораторного электродинамического реактора
2.4.1. Материальный баланс процесса дегидрирования бутенов
2.4.2. Тепловой баланс процесса дегидрирования бутенов
2.4.3. Расчет конструктивных параметров лабораторного электродинамического реактора
Глава III. Математическая модель электродинамического реактора
3.1. Математическая модель реактора в условиях инертной газовой фазы
3.2. Математическая модель реактора при условии протекания химических превращений
3.3. Одномерное решение задачи нахождения температурных полей и полей концентраций для электродинамического реактора
3.4. Оценка коэффициентов эффективной теплопроводности и теплоотдачи
3.5. Математическое моделирование термодинамических процессов в электродинамических реакторах
Глава IV. Особенности разработки системы управления температурными режимами электродинамического реактора
4.1. Регулятор температуры на основе нечеткой логики
4.2. Имитационно-моделирующие комплексы процессов дегидрирования бутенов и гидрирования пиперилена
в электродинамическом реакторе Заключение
Библиографический список Приложение А Приложение В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время в химической технологии все более широкое распространение находят методы физического воздействия на технологические среды с целью повышения энергетической эффективности различных химических процессов, в частности, использование сверхвысокочастотного электромагнитного излучения (СВЧ ЭМИ). Применение СВЧ ЭМИ в химической технологии ограничено рядом факторов, одним из которых является неполное исследование влияния электромагнитного излучения на интенсификацию химических процессов, а также недостаточностью методов расчета реакционных устройств для химических процессов, протекающих под воздействием СВЧ ЭМИ. В последнее время изучаются процессы и создаются технологические установки для проведения химических превращений под действием СВЧ ЭМИ. Результатом исследований, которые проводились ранее, явилось изыскание способов и создание реакционных устройств (электродинамических реакторов) для интенсификации реакций гетерофазного катализа углеводородов под действием СВЧ ЭМИ.
Научный и практический интерес представляет изучение таких распространенных реакций гетерофазного катализа, протекающих под действием СВЧ ЭМИ, как дегидрирование углеводородов, на примере реакций дегидрирования бутенов, использующихся в производстве мономеров синтетического каучука, а также и реакций присоединения (например, гидрирования пиперилена), которые применяются для получения изоамиленов в синтезе изопрена, для получения топливных присадок и т.д.
Для осуществления данных процессов в электродинамических каталитических реакторах с достаточно высокими выходами целевых продуктов требуется разработка математической модели процесса и методов расчета конструктивных параметров электродинамических реакторов для исследуемых процессов дегидрирования бутенов и гидрирования пиперилена, что является актуальной научной проблемой и значимой практической задачей.

электромагнитного излучения СВЧ диапазона.
Таблица
Теплопроводности промышленных катализаторов [19]
Катализатор Т еплопроводность X, Вт/(м К)
Алюмохромовый ИМ-2201 (насыпная плотность 1,407 г/см3) 0
Кальций-никель-фосфатный ИМ-2204 (насыпная плотность 1,112 г/см3) 0
Хром-железо-цинковый К-16У (насыпная плотность 1,316 г/см3) 0
Железооксидный К-24И (насыпная плотность 1,279 г/см3) 0
Никелевый НК (носитель кизельгур, насыпная плотность 1,150 г/см3) 0
Эмпирическое определение «полной» глубины поглощения электромагнитной волны в сложных по составу средах заключается в определении такой высоты слоя вещества, которая оценивается по остаточному поглощению электромагнитного излучения в средах, характеристики которых хорошо известны, например, в воде [7].
«Полные» глубины поглощения электромагнитного излучения СВЧ диапазона были приведены в работе [19], где показано, что механизм нагрева катализаторов в электромагнитном поле СВЧ диапазона адекватно описывается на основе теории диэлектрической поляризации [13].
В таблице 1.11 приводятся результаты экспериментальных исследований по определению «полной» глубины поглощения СВЧ излучения частотой 2450 МГц в некоторых промышленных катализаторах.
Таблица
Экспериментально определенные «полные» глубины поглощения СВЧ излучения в
некоторыех катализаторах
Катализатор «Полная» глубина поглощения, м
1 Алюмохромовый ИМ-2201 (рнас=1,357 г/см3) 0
*4 2 Кальций-никель-фосфатный ИМ-2204 (рнас-1,104 г/см ) 0
3 Хром-железо-цинковый К-16У (рнас=1,302 г/см ) 0
4 Железооксидный К-24И (рнас-1,249 г/см3) 0
5 Никелевый НК (носитель кизельгур, рнас=1,150 г/см3) 0