АНАЛИЗ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ СТАЦИОНАРНЫЕ СОСТОЯНИЯ РЕАКЦИОННО-РЕКТИФИКАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

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.

реакционно-ректификационные процессы, анализ статики, окись мезитила, балансный многогранник, многообразие химического взаимодействия, алгоритм построения реакционного многогранника

1. Серафимов Л.А., Тимофеев В.С., Писаренко Ю.А., Солохин А.В. Технология основного органического синтеза. Совмещенные процессы. М.: Химия, 1993. 416 с.

2. Harmsen J. Reactive distillation: The frontrunner of industrial process intensification. A full review of commercial applications, research, scale-up, design and operation // Chem. Eng. & Proc. 2007. V. 7. № 46. P. 774-780.

3. Sundmacher K., Kienle A. Reactive Distillation. Status and Future Directions. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2002. 287 p.

4. Rameshwar H.S., Nitin V.B., Yogesh M.S., Sanjay M.M. Industrial applications of reactive distillation: Recent trends // Int. J. Chem. Reactor Eng. 2004. V. 52. № 2. P. 1-52.

5. Писаренко Ю.А., Серафимов Л.А. К статике систем с химическими превращениями // Теор. основы хим. технол. 1991. Т. 25. № 5. 627-637.

6. Горбань А.Н. Обход равновесия. Новосибирск: Наука, 1984. 224 c.

7. Верховская З.Н., Клименко М.Я., Залесская Е.М., Бычкова И.Н. Синтез диацетонового спирта и окиси мезитила на ионообменных смолах // Хим. пром. 1967. № 7. C. 20-23.

8. Thotla S., Agarwal V., Mahajani S.M. Simultaneous production of diacetone alcohol and mesityl oxide from acetone using reactive distillation // Chem. Eng. Sci. 2007. V. 8. № 62. P. 5567-5574.

9. Huang C., Ng F.T.T., Rempel G.L. Application of catalytic distillation for the aldol condensation of acetone: The effect of the mass transfer and kinetic rates on the yield and selectivity // Chem. Eng. Sci. 2000. V. 13. № 55. P. 5919-5931.