Применение математической модели для исследования процесса сульфирования алкилбензолов

Abstract

Актуальность исследования обуславливается значительной востребованностью нефтехимических продуктов, получаемых в технологиях сульфирования, а также необходимостью совершенствования конструкции реакторов пленочного типа, применяемых в том числе для получения алкилбензолсульфокислот, которые в свою очередь в настоящее время являются основным компонентов синтетических моющих средств. Решение задачи повышения эффективности работы реакторного оборудования наиболее эффективно можно осуществить с использованием математических моделей, построенных на физико-химической основе. Цель: разработка математической модели процесса сульфирования алкилбензолов с учетом массопереноса вещества из газовой фазы в жидкую, программная реализация разработанной модели, а также применение разработанной математической модели для проведения исследований касательно влияния параметров протекания процесса на его эффективность. Объект: процесс сульфирования алкилбензолов серным ангидридом в многотрубном пленочном реакторе. Методы: метод математического моделирования; для выполнения всех вычислительных операций использован современный высокоуровневый язык программирования общего назначения с автоматическим управлением памятью; квантово-химические методы определения термодинамических параметров химических реакций. Результаты. Рассмотрены принципы построения математической модели сульфирования; разработана программа расчета параметров протекания процесса сульфирования на языке программирования Python; проведена оценка точности описания реального процесса и влияния технологических параметров системы на выход и качество продукта с учетом процесса межфазного переноса вещества; создана система практических рекомендаций по повышению ресурсоэффективности промышленного процесса сульфирования алкилбензолов; показано, что математическая модель адекватно описывает процесс, расчетные данные сопоставлены с реальными данными с эксплуатируемой установки сульфирования алкилбензолов серным ангидридом.

Relevance. Lack of experimental data that allow developing a scientifically based method for calculating and designing filmtype reactors, which are also used to produce alkylbenzenesulfonic acids. These acids, in their turn, are currently the main components of synthetic detergents. The issue of increasing reactor equipment efficiency can be most effectively solved using mathematical models built on a physical and chemical basis. Aim. Development of a mathematical model of alkylbenzenes sulfonation, taking into account a substance mass transfer from a gas phase to a liquid phase. Software implementation of the developed model, as well as the use of the developed mathematical model for studying the influence of the process parameters on its efficiency. Object. Alkylbenzenes sulfonation with sulfuric anhydride in a multitube film reactor. Methods. Mathematical modeling is used to perform all computational operations, a modern high-level general-purpose programming language with automatic memory management is used. The quantum-chemical methods were used for determining thermodynamic parameters of chemical reactions. Results. The paper considers the principles of constructing a mathematical model of sulfonation. The authors have developed the calculation program in the Python programming language and assessed the accuracy of description of a real process and the influence of the system technological parameters on a product yield and quality, taking into account a substance interfacial transfer. The system of practical recommendations for improving the alkylbenzenes sulfonation resource efficiency was developed. The mathematical model adequately describes the process. The calculated data are compared with the real data from the operating unit for alkylbenzenes sulfonation with sulfuric anhydride.