Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКТОРА ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Федоров А.Я. Мелентьева Т. А.
В качестве объекта настоящего исследования взято математическое моделирование реактора окисления с механическим перемешиванием. В качестве катализатора используется кобальтмарганецбромидный катализатор при отношении ионов Co2+ : Mn2+ = 2:1. Окисление проводилось кислородом воздуха при давлении 25 - 28 ата и температурой реакционной смеси 200 - 220 0 С . При этом реакционная смесь была насыщена кислородом. В основу математической модели жидкофазного реактора была положена кинетическая модель следующей брутто - схемы реакции:

C4H8 (CH3)2 → C4H8CH3C0H → C4H8 CH3C0OH → C4H8 COH C0OH → C3H6(COOH)3,    (1)

где C4H8 (CH3)2 - параксилол, C4H8CH3C0H - паратолуиловый ангидрид, C4H8 CH3C0OH - паратолуиловая кислота , C4H8 COH C0OH - карбоксибензальдегид, C3H6(COOH)3 - терефталевая кислота. Предполагается, что будет использоваться двуярусная механическая мешалка. Для построения математической модели реактора построим физические модели микро - и макромасштабных процессов переноса. В дальнейшем процесс хемосорбции будем рассматривать в рамках модели турбулентного диффузионного пограничного слоя:

f = Df ,                                                             (2)

f = Dэф2 f ,

где а, а - средние концентрации веществ, переносимых вдоль химического реактора; u0 - скорость конвективного потока; f, x - Эйлерова система координат; Dэф1 , Dэф2  - эффективные коэффициенты диффузии. Это система дифференциальных уравнений в частных производных с учетом химических реакций.               Уравнения массопередачи , описывающие элементарный акт хемосорбции, принимались в соответствии с моделью:

f = f - k1 f ,                                  (3)

f = f - k2 f,

где c1, c2 - концентрации п - ксилола и п - карбоксибензальдегида; f - относительная скорость подъема пузыря; Dm1, Dm2 - коэффициенты молекулярной диффузии; k1 , k2 - кинетические константы соответствующих стадий процесса окисления; n1, n2 - порядки стадий. При этом предполагается, что лимитирующей стадией процесса является стадия расходования п - карбоксибензальдегида.

Уравнения (3) использовались со следующими граничными условиями:

c1  = f, c2 = ff ,                   (4)

c1 = 0, f = 0 | f,

c2 = f, f = 0 | f,

где t - время жизни пузыря, зависящее от частоты турбулентности на верхнем уровне иерархической системы. В дальнейшем уравнения (3) обезразмеривались в соответствии со следующими выражениями:

f; f; f;                (5)

f ; f;

где f и f - величины соответствующих диффузионно - реакционных пограничных слоев. Решение системы уравнений (3) с граничными условиями (4) позволяет определить молекулярные диффузионные потоки на поверхность дисперсионного включения ( пузыря ) в следующем виде:

f,            (6)

f.

Процессы в ядре потока сплошной фазы ректора могут описываться диффузионной моделью Данквертса для химических реакций, протекающих с существенно различными скоростями. Для решения уравнений (2) в случае прямотока газовой и жидкой фаз необходимо задать следующие граничные условия:

f   = f, d = f | f,                   (7)

f = 0, f = f,

где L - длина реактора (12,5 м). Предполагая, что диффузионное сопротивление в межфазного переноса сосредоточено в ламинарном подслое, можно определить время пребывания реакционной смеси в реакторе f 1 час. Система уравнений (1 -7) позволяет моделировать процессы переноса со сложными химическими реакциями в промышленных реакторах большой единичной мощности (150 тыс.т./год).


Библиографическая ссылка

Федоров А.Я., Мелентьева Т. А. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКТОРА ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2007. – № 11. – С. 115-116;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=25729 (дата обращения: 24.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074