name: Научные основы использования рециркуляции для интенсификации реакционно-ректификационных процессов
keyword_list: рециркуляция реакционно-ректификационные процессы химико-технологические системы математическое моделирование
abstract: Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического списка. Диссертация изложена на 221 странице машинописного текста, содержит 27 таблиц, 175 рисунков и библиографию из 140 наименований.
  Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, раскрыты научная новизна и практическая значимость работы, приведены методология и методы исследования, дана оценка достоверности результатов работы и сведения по их апробации.
  В первой главе проводится анализ литературных данных по использованию рециркуляции в технологии основного органического и нефтехимического синтеза. Рассмотрена интенсификации реакционных процессов за счет селективного обмена веществом с окружающей средой, описан механизм влияния рециркуляции на производительность реакционного узла и конверсию реагентов и селективность по системе в целом. Приведены методы математического моделирования рециркуляционных систем, проанализированы их преимущества и недостатки. Рассмотрены особенности, возникающие при проектной и поверочной постановке задачи расчета химико-технологической схемы. В целом литературный обзор является содержательным, базируется на критическом анализе 84 источников и свидетельствует о хорошем знании диссертантом предмета исследования. 
  Во второй главе собраны объекты и методы исследования. Приводится стехиометрия модельных реакций, которая соответствует реальным реакциям, протекающих в процессах основного органического синтеза. В данной главе рассмотрены качественные математические модели реакторов, ректификационной колонны и рециркуляционной системы «реактор-блок разделения», которые позволяют выявлять предельные стационарные состояния рециркуляционных систем. В частности, для упрощенного описания химических реакторов автором предлагается использовать равновесный и стехиометрический реактор. При анализе ректификации вводится допущение о бесконечной разделительной способности, которое позволяет использовать понятия четких и получетких разделений. Содержащаяся в работе математическая модель рециркуляционной системы «реактор-блок разделения» представляет собой систему нелинейных алгебраических уравнений относительно величин рециклов и производительностей по реакциям. Число уравнений модели соответствует числу линейно независимых химических реакций. В зависимости от типа разделения математическая модель дополняется условиями по рециркулирующим потокам компонентов. В случае заданной конверсии и селективности модель дополняется значениями производительностей по реакциям.
  Третья глава посвящена анализу стационарных состояний рециркуляционных реакционно-ректификационных процессов для реакций различных типов, протекающих в зеотропных смесях. Для проведения анализа используется математическая модель рециркуляционной системы «реактор-блок разделения», предложенная в предыдущей главе. Проведенные расчеты позволили определить величины рециклов, их составы и объема реактора, необходимые для достижения заданной конверсии и селективности. В некоторых случаях при одних и тех же значениях объема реактора и потока рецикла возможно существование нескольких стационарных состояний системы, отличающихся конверсией и составами рецикла. Следует отметить, что для повышения селективности обратимых параллельных и последовательных реакций в работе предлагается использовать рециркуляцию побочных продуктов. Данный прием приводит к снижению скорости побочной реакции практически до нуля, и, как следствие, нулевой производительности системы по побочному продукту. Полученные теоретические результаты подтверждены численными расчетами на базе содержательных математических моделей, реализованных в программных пакетах CHEMCAD и Aspen Plus.
  В четвертой главе проанализирована возможность использования химической реакции для преодоления ограничений, накладываемых физико-химической природой реакционной смеси. При использовании для разделения реакционной смеси процесса ректификации к таким ограничениям относятся азеотропия и связанные с ней сепаратрические многообразия в концентрационных симплексах. На примерах бинарных и тройных азеотропных реакционных смесей показано, что при условии наличия общего поля концентраций у области преимущественного протекания прямой реакции и области ректификации, содержащей точку брутто-состава продуктов, существует возможность достижения практически 100%-й конверсии реагентов без использования специальных методов разделения.
  В пятой главе предложен алгоритм синтеза принципиальных технологических схем, потенциально обеспечивающих заданную конверсию и селективность. Исходной информацией для синтеза схемы являются экспериментальные данные о фазовом и химическом равновесии реакционной смеси. На основе имеющихся данных проводится построение многообразия химического равновесия и структуры диаграммы дистилляции. Совместный анализ взаимного расположения сепаратрических многообразий и многообразия химического равновесия позволяет сделать вывод о возможности достижения заданных показателей процесса без специальных методов разделения. Далее проводится синтез принципиальной схемы методами термодинамико-топологического анализа. Завершающим этапом предложенного алгоритма является численное моделирование синтезированной схемы, которое позволяет определить набор конструктивных и режимных параметров, обеспечивающих заданное качество целевых продуктов. В данной главе предлагается методика оценки возможности практической реализации стационарных состояний рециркуляционных реакционно-ректификационных процессов, предсказанных при допущении о бесконечной разделительной способности ректификационных колонн. Суть предлагаемой методики заключается в нахождении траектории ректификации, которая стягивается линией материального баланса, соответствующей предсказанному состоянию. При отсутствии указанной траектории предсказанное теоретическим анализом состояние не реализуется на практике и может быть исключено из дальнейшего рассмотрения.
  Шестая глава посвящена построению принципиальных рециркуляционных схем получения промышленно важных органических продуктов: метилацетата из уксусного ангидрида и метанола, изоамилацетата, втор-бутилацетата на основе уксусной кислоты и н-бутенов, изопропилбензола и 2-метоксипропена. Для разделения реакционных смесей используется ректификация как наиболее распространенный в промышленном органическом синтезе массообменный процесс. Некоторые из представленных реакционных смесей являются азеотропными поэтому в э\тих случаях используются специальные методы разделения на основе ректификации. В частности, для разделения реакционной смеси процесса получения втор-бутилацетата используется гетероазеотропная ректификация с водой. При отделении реакционной воды в процессе получения изоамилацетата используются особенности фазового поведения – ограниченная взаимная растворимость. В процессе получения 2-метоксипропена разделение реакционной смеси происходит за счет подвижности азеотропных точек при изменении давления. Следует отметить, что в схемах получения изопропилбензола и 2-метоксипропена высокая селективность достигается за счет организации рецикла по побочному продукту. Работоспособность всех построенных схем подтверждена численным моделированием в среде специализированных программных комплексов CHEMCAD и Aspen Plus.
chairman_dissertation_council.name: Алла
chairman_dissertation_council.surname: Фролкова
chairman_dissertation_council.patronymic: Константиновна
chairman_dissertation_council.position: заведующий кафедрой химии и технологии основного органического синтеза
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: N-4517-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 35617659200
chairman_dissertation_council.rinc_id: 47619
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Николай
organization_supervisor.surname: Прокопов
organization_supervisor.patronymic: Иванович
organization_supervisor.position: Первый проректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 61.37.01
rubrics.name: Общие вопросы
oecds.code: 02.04.II
oecds.name: ENGINEERING, CHEMICAL
speciality_codes.name: Технология органических веществ
speciality_codes.code: 05.17.04
supervisors.fio: Солохин А.В.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Технология органических веществ
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Зотов Ю.Л.
opponents.scientific_degree: Доктор химических наук
opponents.speciality_code: Технология органических веществ
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Зиятдинов Н.Н.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Процессы и аппараты химических технологий
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Афанасьева А.А.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: РТУ МИРЭА
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МИРЭА - РОССИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1037739552740
protection_organization.supervisor_name: СТАНИСЛАВ
protection_organization.supervisor_surname: КУДЖ
protection_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСЕЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: РТУ МИРЭА
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МИРЭА - РОССИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1037739552740
author_organization.supervisor_name: СТАНИСЛАВ
author_organization.supervisor_surname: КУДЖ
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСЕЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения