Разработка математических моделей, алгоритма оптимизации и системы управления процессом термического хлорирования метана

• Автор: Эфрон, Аркадий Леонидович
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Киев
• Количество страниц: 274 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ХЛОШЕТАНОВII

1.1. Технологическая структура производства хлорметанов.II

1.2. Физикохимические закономерности процесса хлорирования метана

1.3. Анализ задачи управления процессом хлорирования метана

1.4. Постановка задачи исследования

Выводы.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАМКНУТОЙ ХТС ПРОИЗВОДСТВА ХЛОШЕТАНОВ .

2.1. Математическое моделирование реактора хлорирования метана

2.2. Параметрическая идентификация и проверка модели реактора

2.3. Физическое моделирование реактора .
2.4. Идентификация процесса конденсации хлорметанов .
2.5. Расчет технологической системы производства
хлорметанов
3. ОПТИМИЗАЦИЯ СТАЦИОНАРНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА
ПРОИЗВОДСТВА ХЛОШЕТАНОВ
3.1. Критерий оптимизации и исследование поверхности отклика
3.2. Анализ задачи поиска экстремума .
3.3. Алгоритм оптимизации производства хлорметанов . .
3.4. Исследование целесообразности оптимального управления.
Стр.
Выводы.
4. ЛОКАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ХЛОРМЕТАНОВ. .
4.1. Задачи управления реактором хлорирования метана. . .
4.2. Математическое описание нестационарного режима реактора
4.3. Динамические характеристики стенки реактора.
4.4. Система управления реактором и исследование ее
на ЭВМ.
4.5. Локальное управление ХТС.
Выводы .
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Процесс хлорирования метана протекает по последовательным экзотермическим реакциям и может быть описан уравнениями (1. Некоторые авторы /, 8/ считают вероятным цепной механизм хлорирования с образованием углеводородных радикалов /0/. Для первичного акта диссоциации на атомы молекулы хлора должны поглотить количество энергии достаточное для разрыва их связи. В зависимости от способа инициирования, хлорирование классифицируют на фотохимическое, радиационное, термическое, каталитическое и в поле тихого разряда /, /. Это прямые методы. Известно также хлорирование метана хлоридами металлов /5/. Из прямых методов промышленное применение получили термическое хлорирование и каталитическое в кипящем слое малоактивного контакта. В ряде патентов /, / описаны способы фотохимического хлорирования, преимуществом которых является возможность проведения процесса при любой температуре и зысокий выход продуктов на единицу реакционного объема. Но это не компенсирует высоких энергозатрат //. Значительное количество исследований посвящено хлорированию на контактах. Применение катализаторов в стационарном слое приводит к возгоранию реагентов и взрыву //, а псевдоожижен-ный слой обеспечивает хороший массо- и теплообмен и эффективный теплоотвод из зоны реакции. Поэтому процесс можно проводить при пониженных температурах и высоких объемных соотношениях хлор -метан, что необходимо для исчерпывающего хлорирования /9, 3, 9/. К недостаткам относят высокие эксплуатационные затраты на поддержание во взвешенном состоянии большой массы катализатора. Чопоров и Тищенко /8/ исследовали процесс хлорирования метана над движущимся теплоносителем. Для получения низших хлорметанов используют объемное термическое хлорирование. Первый обзор работ по этому процессу дан в //, где отмечается статья Пиза и Валса /8/, наблюдавших при температурах 5-5 °С торможение реакций хлорирования кислородом, доказывающее цепной механизм. Но эти же авторы указывают на отсутствие влияния площади внутренней поверхности аппарата на скорость реакций, что противоречит гипотезе о цепном механизме //. С даже 5 % кислорода не дают измеримого эффекта. Поэтому Солодар и Маркин // делают вывод: в процессе термического хлорирования наряду с цепными протекают бимолекулярные реакции, с повышением температуры удельное значение цепного механизма снижается, а при температурах выше 0 °С хлорирование метана протекает по практически необратимым бимолекулярным реакциям. Это подтверждают еще ряд авторов /, 8, 0/. Слабо изучены кинетические закономерности процесса термического хлорирования. Отсутствуют достоверные данные о значениях констант скоростей реакций. Пиз и Вале /8/ в температурном диапазоне 5-5 °С нашли энергии активации реакции хлорирования метана при наличии кислорода и без него, соответственно равные 0 кал/г-моль и 0 кал/г-моль. Их данные не совпадают с данными Араи и Ёсида /4, 5/, определивших уравнения для констант скоростей реакций хлорирования в диапазоне 5-5 °С. Но данные работы /4/ использованы быть не могут, т. Кроме того, найденные Матяхом // отношения констант скоростей реакций при 0 °С на порядок отличаются от соответствующих отношений, рассчитанных по данным Араи и Ёсида (см. Наконец, известна идентичность составов реакционных газов, полученных при температурах 0, 0 и 0 °С /, 7/. Это возможно при близких значениях энергий активации всех четырех реакций хлорирования и также противоречит результатам Араи и Ёсида. Значительно лучше изучена кинетика процесса хлорирования в кипящем слое малоактивных контактов: кварцевого песка, активированного угля, катализатора КС-0 /, 0, 9/. К{ *2,' 5ехр[(-? К,-/7Ш! С, рассчитанных по уравнениям (1. Матяха // (см. Таблица 1. Как отмечалось, все реакции последовательного хлорирования метана сильно экзотермичны. В среднем тепловой эффект замещения атома водорода на хлор составляет - ккал/моль. Впервые термодинамические расчеты реакций хлорирования выполнены Вильсоном и Хоулендом /2/, которые показали, что при любом соотношении между хлором и метаном образуются все возможные хлорметани. Процесс термического хлорирования имеет достаточную скорость уже при 0 °С.