Кинетика, моделирование и совершенствование процесса синтеза морфолина

• Автор: Харитонов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Способы производства морфолина

1.2 Кинетика процесса синтеза морфолина.

1.3 Методы анализа кинетической информации и составления кинетических уравнений химических процессов

1.3.1 Методы анализа кинетики гетерогенных реакций

1.4 Характеристики оборудования для синтеза морфолина.

1.5 Математическое описание процесса синтеза морфолина

Выводы и постановка задачи исследований.

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА
СИНТЕЗА МОРФОЛИНА.
2.1 Модель кинетики синтеза морфолина.
2.2 Поиск констант скоростей
2.3 Проверка адекватности кинетической модели.
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО РЕАКТОРА ДЛЯ
СИНТЕЗА МОРФОЛИНА.
3.1 Описание промышленного реактора.
3.2 Математическая модель промышленного реактора
3.3 Описание разностной схемы и алгоритма решения.
3.3.1 Конечно разностная схема
3.3.2 Итерации
3.3.3 Описание алгоритма
3.3.4 Сходимость и погрешность
3.4 Определение коэффициента скорости изменения активности катализатора.
3.5 Проверка адекватности математической модели промышленного реактора.
3.6 Оценка влияния различных технологических параме тров на интегральные показатели работы реактора
3.7 Учет стадии выделения продуктов реакции.
4 ЭКСПЕРИМЕНТ Л Л ЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА
МОРФОЛИНА НА ПРОМЫШЛЕННОМ РЕАКТОРЕ
4.1 Технология синтеза морфолина
4.2 Методика проведения экспериментов и обработки результатов
4.2.1 Метод анализа.
Выводы.
5 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО
РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СИНТЕЗА МОРФОЛИНА.
5.1 Совершенствование технологического процесса синтеза морфолина.
5.2 Методика инженерного расчета технологического процесса
синтеза морфолина
Выводы.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Морфолин находит применение в синтезе физиологически активных веществ, является ингибитором коррозии и применяется для защиты паровых котлов от образования накипи. Морфолин используется в качестве растворителя натуральных и синтетических смол и резин, а также сырья для производства оптических осветлителей, применяемых в целлюлозно-бумажной промышленности, для придания огнеустойчивости тканям и пластмассам, а также в производстве бумаги для увеличения ее прочности [1]. Кроме того, производные морфолина обладают широким спектром физиологической активности, и используется для производства медицинских препаратов [4, 5]. Морфолин применяется в качестве исходного сырья при получении следующих продуктов: сульфенамидов - ускорителей вулканизации резиновых смесей на основе натурального и синтетического каучуков общего назначения; дитиодиморфолина - агента вулканизации резиновых смесей, предназначенных для изготовления резиновых технических изделий и шинных резин. В настоящее время основным экстрагентом аренов из катализатов ри-форминга является диэтиленгликоль. Для повышения эффективности было предложено добавлять к нему различные растворители, в том числе морфолин и N - формилморфолин [2]. Для экстракции ароматических углеводородов из катализатов риформинга применяется смесь диэтиленгликоля - N - формилморфолин. В работе [2] авторы показали, что смеси диэтиленгликоля с морфоли-ном и N - формилморфолином, получаемого из морфолина и формами да, обладают высокой селективностью как экстрагенты и позволяют снизить гемпера-туру процесса экстракции. Недостаточная изученность процесса синтеза морфолина ограничивает возможности эффективного управления реактором, и не позволяет реализовать потенциал химической реакции синтеза морфолина. Синтез морфолина многостадийный процесс, осуществляемый в присутствии катализатора. В настоящее время отсутствуют математические модели, учитывающие изменения активности катализатора. Основными проблемами производства морфолина является невысокий выход продукта и значительные удельные энергетические затраты. Все это определяет актуальность поставленной задачи. Диссертация является обобщением результатов научно-исследовательских работ в области расчета и проектирования реакторов синтеза морфолина, выполненных в период - гг. Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно исследовательских работ финансируемых по заданию Федерального агентства по образованию; по хоздоговорам с промышленными предприятиями г. Волжского. Цель работы. Совершенствование процесса синтеза морфолина с использованием математической модели. И0%. ОМ|р=-0м3/ч. В патентной и технической литературе описано много способов получения морфолина, которые можно разделить на 2 группы. К первой группе относятся способы получения в жидкой фазе, а ко второй - в парогазовой фазе. Первым способом получают при повышенных температурах и давлениях в присутствии катализаторов. Так, морфолин согласно [3] получается из морфолина и этилового спирта при температуре 0-0 °С с использованием катализатора, содержащего никель или кобальт (или их смесь), медь и окиси хрома. Известен способ получения морфолина из диэтилен гликоля и первичных аминов [4, 5] при повышенной температуре и давлении, достаточном для поддержания смеси в жидкой фазе с использованием в качестве катализатора соединения фосфора. Фирма США получает морфолин [6] взаимодействием (3-амино (3-оксидиэтилового эфира и этилового спирта при температуре 0-0 °С под давлением -0 атм. Выход морфолина составляет %. В качестве катализатора используется никель или кобальт (или их смесь), медь и хромотирующие окислы (хром, титан, торий, магний, цинк, марганец, редкоземельные элементы). Патент (США) описывает [7] способ получения этилморфолина из диэги-леигликоля и диэтиламина при мольном соотношении 1:1- в присутствии катализатора, в среде водорода при давлении -5 атм. Второй способ, являющийся одним из основных способов получения морфолина в промышленности, использует синтез в парогазовой фазе при низком давлении в присутствии катализаторов.