Анализ технологического процесса схемы переэтерификации диметилового эфира цианоэтилфосфоновой (стр. 2 из 4)

Рис.2 КФС лабораторного реактора для переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом

Таблица 5 Экспертная оценка недостатков элементов ТО

Обозначение элемента ТО	Обозначение функции элемента	Экспертная оценка элементов
		Недостатки элемента	Оценка
Е0	Ф00	____________	10
Е1	Ф11	Неравномерность циркуляции теплоносителя	9
Е2	Ф21	____________	10
Е3	Ф31	____________	10
Е4	Ф41	Возможная негерметичность соед-й реактора и холодильника	8
Е5	Ф52	Возможность перегрева реактора	8
Е6	Ф63	_____________	10
Е7	Ф71	_____________	10
Е8	Ф81	_____________	10

4. Функционально-физический анализ ТО

Особенностью функционально-физического анализа является то, что при его проведении учитывается физическая сущность технического объекта, которая является наиболее понятной для человека абстрактной моделью.

Для проведения ФФА используется многократное, ступенчатое формулирование задачи с постепенно увеличивающейся степенью конкретности.

Объекты материального мира, взаимодействуя, вызывают протекание физических процессов, которые можно описать физическими операциями (ФО).

Физические операции (ФО) могут быть реализованы с помощью одного физико-технического эффекта (ФТЭ). Описание ФТЭ ведется на основе анализа выделенных ФО элементов.

Таблица 6 Описание ФТЭ, действующих в схеме переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль (мет)акрилатом

Наименование элементов объекта	Физико-технический эффект			Математический закон, описывающий ФТЭ и его формула
					Входное воздействие (А) на элемент	Физический объект (В)	Выходное воздействие (С) элемента
	Е0	Сила Р0 (вес)	Твердое тело		Сила реакции R0	Эффект равновесия сил Р0=- R0
Сила реакции R1		жидкость	Сила Р1 (вес)	Эффект равновесия R1=-Р1
Е1	Поток теплоноси теля W2, скорость V1н	жидкость	Поток теплоносителя W2, скорость V2н	Массовый расход М0=w0·f·r
	Сила Р2 (вес)	твердое тело	Сила реакции R2	Эффект равновесия R2=-Р2
Е2	Поток реакц. массы W1, давление P2н	Жидкость	Поток реакц.массы W1,давление Р2к	Закон Бернулли p/rg+r+2/2p=c
E3	Поток реакц. массы W1, давление P2н	газ	Поток реакц. массы W1, давление P2н	Закон Бернулли p/rg+r+2/2p=c Массовый расход М=а•f•r
E4	Сила Р3 (вес)	Твердое тело	Сила реакции R3	Эффект равновесия R3=-Р3
	Сила реакции R4	Твердое тело	Сила Р4 (вес)	Эффект равновесия R3=-Р3
Е5	Теплота Q1,Дж, темп-ра Т1,0С	Твердое тело	Теплота Q2,Дж, темп-ра Т2,0С	Закон теплового баланса Q1=Q2+∆
	Сила реакции R5	Твердое тело	Сила Р5 (вес)	Эффект равновесия R5=-Р5
Е6	Теплота Q2, Дж, темп-ра Т2,К	жидкость	Теплота Q3, Дж, темп-ра Т3,К	Закон теплового баланса Q2=Q3+∆
	Темп-ра Т2,К	Твердое тело	Относительная деформация	Тепловое расширение А=l/l0t
	Сила Р6 (вес)	твердое тело	Сила реакции R6	Эффект равновесия R6=-Р6
Е7	Поток теплоносителя W2, давление P3	жидкость	Поток теплоносителя W2, давление P3	Массовый расход М=а•f•r
Е8	Поток теплоносителя W2, давление P4	жидкость	Поток теплоносителя W2, давление P4	Массовый расход М=а•f•r
W1	Тепл. энергия Q3,	твердое тело, жидкость	Тепл. энергия Q3-∆	Закон теплового баланса
	Поток реакц. массы W1	твердое тело, жидкость	Поток реакц. массы W1	Теплопроводность веществ
W2	Тепл. энергия Q4	твердое тело, газ	Тепл. энергия Q4-∆	Закон теплового баланса

Основные параметры процесса:

· Т-температура реакционной массы;

· С(эфира)-концентрация диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты;

· τ- время реакции;

· С(МЭГ) – концентрация моноэтиленгликольметакрилата

· C(гидрохинона)- концентрация гидрохинона.

Недостатками данной схемы переэтерификации являются:

1) Длительное время реакции из-за недостаточной активности исходных реагентов;

2) Практически невозможно прогнозировать количественный выход продукта из-за сложной качественной зависимости от параметров процесса.

3) Возможно осмоление и полимеризация целевого продукта

4) Наряду с основной реакцией может протекать полимеризация МЭГ.

5. Анализ технологического процесса переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль (мет)акрилатом

Проведем анализ реакции переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом.

Таблица 7 Анализ технологического процесса переэтерификации

Наименование элемента	Функция элемента	Механизм действия	Математическая модель	Экспертная оценка	Недостатки
Диметиловый эфир C5H10NO3Р	Реагент	см. раздел Концептуальное описание схемы переэтерификации	Параметры, которыми можно влиять на кинетическое уравнение: С, t,ф,	10	“объемность” молекулы
МЭГ С6Н10О3	реагент для переэтерификации			9	Повышенная склонность к полимеризации
Гидрохинон	Ингибитор полимеризации			8	Недостаточное ингибирование полимеризации МЭГ

Совокупность указанных недостатков различных стадий рассматриваемой химической реакции позволяет выявить ее основной и наиболее существенный недостаток - низкую скорость реакции, а, следовательно, большое время проведения синтеза. Это обусловлено низкой концентрацией активных молекул и малым числом их эффективных актов взаимодействия, приводящих к образованию целевого продукта, а также склонностью молекул МЭГа вступать в реакцию полимеризации.

6. Постановка задачи поиска нового технического решения

Для реактора:

1) Недостаток - большое время реакции;

2) Элемент системы, ответственный за этот недостаток - водяной холодильник;

3) Параметры этого элемента – длина, форма теплопередачи водяного холодильника;

4) Ввести в систему водяной холодильник большей длины и более сложной формы (например, шариковый, змеевиковый, многоходовой или другой), для того, чтобы эффективнее “уходили” из реактора пары метанола, который сдвигает равновесие в обратную сторону и тормозит процесс.

5) Конфликт между показателями качества: улучшение отвода теплоты паров метанола за счет увеличения поверхности теплообмена в холодильнике приводит к возрастанию гидравлического сопротивления холодильника, и, как следствие, к затруднению отвода метанола.

6) Функциональный конфликт: чтобы улучшить теплоотвод от паров метанола, необходимо использовать холодильник, не создающий повышенного гидравлического сопротивления.