Моделирование кинетики процесса дегидрирования этилбензола c учетом дезактивации каталитического слоя реактора
Автор: Битюков В.К., Попов А.П., Тихомиров С.Г., Неизвестный О.Г.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Информационные технологии, моделирование и управление
Статья в выпуске: 1 (71), 2017 года.
Бесплатный доступ
Процесс синтеза стирола, протекающий в двухступенчатом адиабатическом реакторе непрерывного действия, является сложной химико-технологической системой. Он характеризуется недетерминированностью, нестационарностью и протекает в условиях постоянно действующих неконтролируемых возмущений. В связи с этим задача разработки системы предиктивного управления концентрацией основного продукта реакции дегидрирования - стирола для поддержания данной величины в заданном диапазоне на протяжении всего периода эксплуатации является актуальной. Ее решение невозможно без разработки на основе уточненной кинетической схемы процесса модели, учитывающей падение активности каталитического слоя реактора вследствие коксообразования на его поверхности. В статье обоснованы и предложены: зависимость изменения падения активности каталитического слоя как функция времени эксплуатации реакторного блока и усовершенствованная модель кинетики химических превращений. Синтезированная математическая модель процесса представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений и позволяет: рассчитывать профили концентраций компонентов реакционной смеси за время прохождения шихты через ступени адиабатического реактора, определять состав контактного газа на выходе из реакторных ступеней на протяжении всего цикла работы каталитической системы, с учетом изменения температурного режима протекания процесса и падения активности каталитического слоя. Выполнена оценка значений констант скоростей химических реакций, а также расчет и анализ концентраций основных и побочных продуктов реакции дегидрирования на выходе из реакторной установки. Результаты моделирования показывают, что изменение температурного режима работы реактора, производимое по экспоненциальному закону с учетом дезактивации каталитического слоя, позволяет обеспечить выход конечного продукта в заданном технологическим регламентом диапазоне на протяжении всего цикла эксплуатации реакторного блока.
Дегидрирование этилбензола, химическая кинетика, математическая модель, активность катализатора, коксообразование
Короткий адрес: https://sciup.org/140229783
IDR: 140229783 | DOI: 10.20914/2310-1202-2017-1-73-80
Modeling of ethylbenzene dehydrogenation kinetics process taking into account deactivation of catalyst bed of the reactor
Styrene synthesis process occurring in a two-stage continuous adiabatic reactor is a complex chemical engineering system. It is characterized by indeterminacy, nonstationarity and occurs in permanent uncontrolled disturbances. Therefore, the task of developing the predictive control system of the main product concentration of the dehydrogenation reaction - styrene to maintain this value within a predetermined range throughout the period of operation is important. This solution is impossible without the development of the process model on the basis of the kinetic revised scheme, taking into account the drop of the reactor catalytic bed activity due to coke formation on the surface. The article justifies and proposes: the drop changes dependence of catalyst bed activity as a time of reactor block operation function and improved model of chemical reactions kinetics. The synthesized mathematical model of the process is a system of ordinary differential equations and allows you: to calculate the concentration profiles of reaction mixture components during the passage of the charge through the adiabatic reactor stage, to determine the contact gas composition at the outlet of the reactor stages throughout the cycle of catalytic system, taking into account temperature changes and drop of the catalyst bed activity. The compensation of the decreased catalyst bed activity is carried out by raising the temperature in the reactor block for the duration of the operation. The estimation of the values of chemical reactions rate constants, as well as the calculation and analysis of the main and by-products concentrations of dehydrogenation reactions at the outlet of the reactor plant is curried out. Simulation results show that the change of temperature of the reactor, carried out by the exponential law considering deactivation of the catalyst bed allows the yield in a given range of technological regulations throughout the operation cycle of the reactor block.
Список литературы Моделирование кинетики процесса дегидрирования этилбензола c учетом дезактивации каталитического слоя реактора
- Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986. 155 c.
- Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Подкопаева С.В., Хромых Е.А. и др. Математическое моделирование объектов управления химической промышленности. Теория и практика. Воронеж: ВГУИТ, 2011.
- Жатова И.А., Попов А.П., Алексеев М.В. Моделирование динамики коксообразования на каталитическом слое реактора дегидрирования этилбензола в процессе производства стирола//Научный вестник ВГАСУ. Серия: Информационные технологии в стр., соц., и эконом. Системах. 2014. № 2 (4). С. 80-83.
- Третьяков В.Ф., Талышинский Р.М. Кинетика и динамика гетерогенных каталитических нефтехимических процессов. М.: Издательство МИТХТ, 2012. С. 74.
- Островский Н.М. Кинетика дезактивации катализаторов. Разработка методов и их применение: автореф. дис. … док. техн. наук. Омск, 1998. 36 с.
- Битюков В.К., Жатова И.А., Алексеев М.В., Попов А.П. Разработка математической модели кинетики процесса дегидрирования этилбензола в двухступенчатом адиабатическом реакторе непрерывного действия//Вестник ВГУИТ. Серия: информационные технологии, моделирование и управление. 2015. № 2 (64). С. 55-60.
- Островский Г.М., Волин Ю.М. Моделирование сложных химико-технологических схем. М.: Химия, 1975. С. 292-297.
- Холохонова Л.И., Короткая Е.В. Кинетика химических реакций. Кемерово: Кемеров. техн. инст. пищ. пром., С. 4-11.
- Башкатов Т.В., Жигалин Я.Л. Технология синтетических каучуков. Л.: Химия, 1987. C. 121.
