Моделирование низкотемпературного процесса получения диметилового эфира на основе метанола

• Автор: Новиков, Максим Эрикович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Подбор промышленного катализатора

1.2. Установление механизма протекания каталитической реакции и построение кинетической
модели

1.3. Идентификация кинетических моделей

1.4. Моделирование процесса на зерне катализатора

1.5. Математические модели каталитических реакторов

1.5.1. Квазигомогенные модели

1.5.2. Двухфазные модели

1.6. Димстиловый эфир топливо XXI века, области использования
1.7. Перспективные разработки в области технологии производства ДМЭ
1.7.1. Технология компании i i США
1.7.2. Технология производства ДМЭ компании
1.7.3. Технологах производства ДМЭ компании Холдинга .I Япония
1.7.4. Опытнопромышленная установка блочномодульного типа ФГУП НАМИ, ИВТ РАН и ЗАО Новые каталитические технологии ИОХ РАН
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Газохроматографические методы анализа
2.2. Химические методы анализа воднометанольных растворов
2.3. Физикохимические свойства и константы
исходных и конечных продуктов
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЗМА И КИНЕТИКИ РЕАКЦИИ ДЕГИДРАТАЦИИ МЕТАНОЛА НА ГЕТЕРОГЕННЫХ СУЛЬФОКАТИОНИТНЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ
3.1. Стадийная схема механизма реакции дегидратации метанола
3.2. Кинетические экспериментальные исследования
3.3. Дискриминации кинетических моделей реакции дегидратации метанола
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ МЕТАНОЛА НА ЗЕРНЕ
КАТАЛИЗАТОРА
4.1. Модель зерна катализатора
4.2. Результаты моделирования процесса на зерне
ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ МЕТАНОЛА В ПРОТОЧНОМ КАТАЛИТИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ
5.1. Модель каталитического реактора
5.2. Моделирование промышленного реактора
5.3. Технологическая схема процесса получения
диметилового эфира
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Построение модели зерна катализатора и оценка факторов эффективности его работы. Построение модели каталитического реактора для изучаемого процесса и расчет оптимальных режимов его эксплуатации. Работа выполнена на кафедре кибернетики химико-технологических процессов Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева. Экспериментальная часть работы по исследованию кинетики реакции дегидратации метанола проводилась на кафедре кибернетики химико-технологических процессов, а также в каталитической лаборатории №5 УНИОР АО «Нижнекамскнефтехим». Расчетная часть работы выполнялась на кафедре кибернетики химико-технологических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева. Диссертант благодарен сотрудникам кафедры кибернетики химикотехнологических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева и лаборатории ППК УНИОР АО «Нижнекамскнефтехим», оказавшим содействие и дружескую помощь в выполнении данной работы. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. В настоящее время более % промышленных процессов являются каталитическими. Это обстоятельство способствует расширению и углублению исследований по созданию новых катализаторов и изучению механизмов ускоряемых ими процессов, по разработке приемов, методов и средств получения и переработки информации о каталитическом процессе. Значительным достижением в науке, в последние лет, явилось формирование теории каталитических процессов [1-], практическое использование которой позволяет значительно сократить сроки и необходимый объём научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ при проектировании каталитического реактора, что позволяет исследовать различные варианты создании новых каталитических агрегатов и интенсификации действующих. В соответствии с концепциями теории системного анализа каталитических процессов, построение общей модели каталитического процесса осуществляется последовательно в соответствии с его иерархической структурой. Па первом иерархическом уровне осуществляется подбор промышленного катализатора с установлением его качественного и количественного состава, структуры активных центров и установление норовой струкгуры гранулы катализатора. На втором иерархическом уровне осуществляется установление детального механизма химического превращения, изучение кинетики протекания основных и побочных реакций, построение адекватной результатам экспермента кинетической модели каталитической реакции. На третьем иерархическом уровне проводится анализ каталитического процесса на зерне катализатора. При этом изучаются закономерности совместного протекания каталитической реакции и процессов переноса тепла и массы внутри гранулы катализатора, а также процессы межфазового переноса тепла и массы. Модель реактора позволяет исследовать различные варианты аппаратурнотехнологического оформления процесса с целью определения оптимального, изучить основные закономерности протекания промышленного процесса и установить пути его интенсификации. Рассмотрим теперь основные проблемы и задачи, решаемые на отдельных иерархических уровнях. Подбор промышленного катализатора. При этом по результатам адсорбционных экспериментов определяются не только адсорбционные коэффициенты отдельных реагентов, но и устанавливается поровая структура гранулы и коэффициенты диффузии реагентов, характеризующие скорость потоков как исходных реагентов, так и продуктов реакции внутри гранулы катализатора. Одновременно по адсорбционным экспериментам устанавливается энергетическая неоднородность поверхности катализатора и определяется функция распределения энергии активных центров по их адсорбционной способности. Подобная информация способствует не только выбору оптимальной стратегии в направленном подборе катализатора, но и является важной основой в установлении механизма каталитического действия отдельных катализаторов и установлении режимов работы катализатора, повышающих активность и селективность исследуемого процесса. Общие приемы подобного исследования катализаторов приведены в литературе [-]. Установление механизма протекания каталитической реакции и построение кинетической модели.