аспирант кафедры основного органического синтеза
119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Post-Graduate Student, Chair of Basic Organic Synthesis
86, Vernadskogo Pr., Moscow 119571, Russia
доктор технических наук, профессор кафедры основного органического синтеза
119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Dr.Sc. (Engineering) Professor of Chair of Basic Organic Synthesis
86, Vernadskogo Pr., Moscow 119571, Russia
магистр кафедры химической инженерии
штаб-квартира Манизалес, Манизалес-Кальдас, Колумбия
Magister, Chair of Chemical Engineering
headquarters Manizales, Manizales-Caldas, Colombia
доктор философии, профессор кафедры химической инженерии
штаб-квартира Манизалес, Манизалес-Кальдас, Колумбия
Ph.D. (Engineering), Professor of Chair of Chemical Engineering,
headquarters Manizales, Manizales-Caldas, Colombia
Development and improvement of industrial technologies based on the principle of combining reaction and mass exchange processes is an urgent task. This is due to their advantage over the traditional sequential way of performing the chemical transformation and separation of the resulting reaction mixture. In reaction-rectification processes, the conversion of the process, the rate of reaction and selectivity may be increased due to continuous withdrawal of the formed products from the reaction zone. In addition, capital and energy costs in such processes are significantly reduced due to the reduction or even complete absence of external recycling in them. The modern method of developing reaction-rectifying processes is the analysis of statics, which allows isolating the limiting stationary states corresponding to the maximum yield of the target product. An essential disadvantage limiting the possibility of using this method for solving practical problems is the consideration of a single chemical reaction in its framework. At the same time, when passing to real processes, as a rule, this restriction is violated. The article offers a number of original approaches designed in the form of an algorithm that allows the analysis of statics to be extended to reaction-rectification processes with an unlimited number of components forming the reaction mixture and an unlimited number of chemical reactions taking place between them. On the basis of this algorithm, a ChIM program was developed in the SciLab environment, which makes it possible to single out sets of limiting stationary states of a combined process characterized by maximum reagent conversion values, selectivity and yield of the target product. The procedure for using the ChIM program is illustrated by the example of the industrial process for obtaining mesityl oxide from acetone. Calculations conducted using the software package Aspen Plus proved the possibility of practical implementation of limiting stationary state providing the maximum yield of mesityl oxide, which was predicted by using of ChIM.
Разработка и совершенствование промышленных технологий, основанных на использовании принципа совмещения реакционных и массообменных процессов, является актуальной задачей. Связано это с их преимуществом по сравнению с традиционным последовательным способом осуществления химического превращения и разделения образовавшейся реакционной смеси. В реакционно-ректификационных процессах благодаря непрерывному отводу из реакционной зоны образовавшихся продуктов повышаются конверсия процесса, скорость реакции и селективность. Помимо этого, капитальные и энергетические затраты в таких процессах значительно снижены из-за сокращения или даже полного отсутствия в них внешних рециклов. Современным методом разработки реакционно-ректификационных процессов является анализ статики, позволяющий выделить предельные стационарные состояния, соответствующие максимальному выходу целевого продукта. Существенным недостатком, ограничивающим возможность использования данного метода для решения практических задач, является рассмотрение в его рамках единственной химической реакции. В то же самое время, при переходе к реальным процессам это ограничение, как правило, нарушается. В статье предложен ряд оригинальных подходов, оформленных в виде алгоритма, которые позволяют распространить анализ статики на реакционно-ректификационные процессы с неограниченным числом компонентов, образующих реакционную смесь, и неограниченным множеством протекающих между ними химических реакций. На базе данного алгоритма в среде SciLab разработана программа ChIM, позволяющая выделять множества предельных стационарных состояний совмещенного процесса, характеризующихся максимальными величинами конверсии реагентов, селективностью и выходом целевого продукта. Порядок использования программы ChIM проиллюстрирован на примере промышленного процесса получения окиси мезитила из ацетона. Расчетные исследования, проведенные с помощью программного комплекса Aspen Plus, доказали возможность практической реализации предсказанного ChIM предельного стационарного состояния, обеспечивающего максимальный выход окиси мезитила.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.