Специалисты Томского политехнического университета создали математическую модель, описывающую процесс сульфирования алкилбензолов – важных компонентов моющих средств как для бытового, так и для промышленного применения. Эта модель позволила определить наилучшие параметры конструкции оборудования, что способствует повышению эффективности процесса и уменьшению количества остановок и промывок химических реакторов.
Работа была выполнена при финансовой поддержке по государственному заданию «Наука», а ее результаты представляют собой достижения ученых опубликованы в журнале Chemical Engineering Research and Design (Q2, IF: 3.7).
Алкилбензолсульфоновая кислота (АБСК) стала ключевым компонентом синтетических моющих средств благодаря растущему спросу на эффективные и экологичные поверхностно-активные вещества. Ученые отмечают повышенный интерес к составам на основе АБСК, что объясняется их биоразлагаемостью, высокой моющей способностью и универсальностью применения, включая различные отрасли промышленности.
Сульфирование линейных алкилбензолов триоксидом серы (SO₃) в реакторе со стекающей пленкой является одним из методов получения АБСК. Однако, этот процесс сопряжен с образованием нежелательных побочных продуктов, включая высоковязкие компоненты (ВВК). Эти вещества откладываются на стенках реактора, снижая эффективность массо- и теплопереноса, что в конечном счете приводит к дезактивации реакционной среды. В результате, требуется периодическая остановка и промывка реактора, что негативно сказывается на качестве продукции и ведет к снижению производительности, а также к росту эксплуатационных затрат.
«Большинство научных исследований сосредоточены на химии сульфирования и описании свойств как целевых, так и побочных продуктов реакции. Однако роль конструкции реактора в снижении образования ВВК и повышении долгосрочной стабильности процесса изучена недостаточно. В частности, влияние гидродинамических условий и межфазного массообмена на накопление ВВК, особенно при нестабильном составе исходного сырья, не было детально исследовано. Продолжительность межпромывочного цикла работы реактора сульфирования, напрямую определяющая скорость образования ВВК, является одним из ключевых параметров эксплуатации. Для выявления возможностей оптимизации процесса мы применяем разработанные нами цифровые инструменты», – говорит один из авторов статьи, младший научный сотрудник отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Ирэна Долганова.
Политехники провели исследование, целью которого была разработка и внедрение комплексной математической модели процесса сульфирования абсорбированного битуминозного связующего. Ученые утверждают, что модель учитывает дезактивацию реакционной среды, кинетику реакции, а также процессы массо- и теплопереноса. Она позволяет изучить влияние геометрических параметров реактора сульфирования, например, количества и диаметра реакционных трубок, на равномерность распределения потока, эффективность массопередачи и накопление высоковидовых компонентов.
«Наша модель учитывает поведение реакционной среды при дезактивации и может быть использована для определения оптимальных параметров работы при переработке различных типов алкилбензольного сырья в реакторах сульфирования. Для подтверждения соответствия модели действительности были использованы промышленные данные, собранные в течение длительного времени на действующем производстве алкилбензолсульфокислот. По результатам моделирования и сравнения с промышленными данными были определены оптимальные параметры конструкции реактора, позволяющие минимизировать образование ВВК, поддерживать высокий выход продукта и повышать общую эффективность процесса, – отмечает ученый.
Обычный реактор сульфирования представляет собой вертикальную конструкцию, включающую реакторные трубы, расположенные внутри кожухотрубчатого теплообменника. Ученые отмечают, что оптимальные условия для процесса сульфирования зависят от количества и диаметра реакторных трубок.
«Результаты исследований демонстрируют, что сокращение числа трубок с 120 до 40 и одновременное увеличение их диаметра с 25 мм до 43 мм позволяет оптимизировать распределение потоков сырья и устранить диффузионные ограничения. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению концентрации нежелательных продуктов в абсорбционном бассейне и, следовательно, к повышению эффективности процесса. Например, интервал между промывками реактора можно увеличить на 45,5% исключительно благодаря модификации конструкции реактора», – заключает Ирэна Долганова.
Информация поступила из пресс-службы Томского политехнического университета