7) Конфликт свойств: холодильник должен быть таким, чтобы при максимальном теплоотводе сопротивление движению метанола было минимальным.
8) Таким образом, для решения этих конфликтов, необходимо использовать не один длинный холодильник сложной формы, а систему нескольких n коротких холодильников более сложной формы, например, так:
При этом используется прием №5: изменить условия, в которых находится узловой элемент таким образом, чтобы его различные части имели различные значения параметра, указанного в формуле конфликта свойств – то есть применение шарикового холодильника, различные части которого имеют бо́льшую поверхность теплообмена и пониженное гидравлическое сопротивление.
Показатель эффективности ТС, улучшаемый при этом – увеличение скорости конденсации и количества сконденсированного метанола, и, как следствие, сокращение времени реакции.
Для процесса:
1) Недостаток - низкий выход процесса;
2) Элемент системы, ответственный за этот недостаток – моноэтиленгликольметакрилат (МЭГ);
3) Один из параметров этого элемента – склонность этого вещества к побочной реакции полимеризации;
4) Необходимо понизить активность элемента системы - моноэтиленгликольметакрилата.
5) Конфликт между показателями качества: со снижением активности МЭГ в побочной реакции полимеризации, падает также его активность и в основной реакции переэтерификации.
6) Функциональный конфликт: необходимо избирательно понизить активность МЭГа в побочной реакции, и повысить (или оставить прежней) в основной реакции.
7) Химический конфликт свойств: необходимо придать моноэтиленгликолю свойства низкой полимеризуемости, и одновременно реакционоспособность при взаимодействии с эфиром.
8) Необходимо применить прием № 9: включить узловой элемент в состав системы, которая характеризуется одним значением параметра, указанного в формуле конфликта свойств, а узловой элемент - другим значением, то есть, ввести МЭГ в систему, придающую МЭГу низкую способность к полимеризации (содержащую ингибиторы полимеризации).
9). Показатель эффективности ТС, который при этом увеличился - выход реакции, за счет снижения доли побочной реакции.
7. Синтез с помощью эвристических приемов
Синтез с помощью эвристических приемов проведем благодаря автоматизированной информационно-поисковой системе. Уровень проектирования - химическая система.
Таблица 8 Синтез решений с помощью эвристических приемов
| Недостаток ТС | Улучшаемый параметр | Ухудшающийся параметр | Описание эвристического приема | Конкретные предложения для ТС |
| Низкий выход продукта | Снижение реакционной способности МЭГа в побочной реакции | Понижение реакционной способности в основной реакции | Эвристический прием №7: Изменить алгоритм функционирования. Например, использовать принцип предварительного действия-антидействия. Заранее выполнить требуемые действия, или, наоборот, антидействия. При этом а) требуемое действие или антидействие выполнить заранее полностью или частично б) использовать предварительное изменение реакционной способности молекул в) компенсировать невысокую (высокую) реакционную способность введением катализаторов, инициаторов (ингибиторов, стабилизаторов) комплексообразователей, регуляторов и т.д. | Введение ингибитора гидрохинона (>1 %) для ингибирования полимеризации МЭГа |
| Низкий выход продукта | Снижение реакционной способности МЭГа в побочной реакции | Понижение реакционной способности в основной реакции | Эвристический прием N 11: Принцип прерывности-непрерывности. Перейти от непрерывного действия к прерывному и наоборот. Использовать импульсную технологию. Обеспечивая непрерывность, устранить холостые и промежуточные ходы. Для достижения единства прерывности и непрерывности заполнить паузы одного действия другим действием. Следить за согласованием ритма внутренних и внешних процессов. Изменить время существования комплексов, промежуточных продуктов за счет специфической сольватации, повышения (понижения) температуры и т.д | Сначала разогреть греющую баню до температуры реакции (150 °С), и только затем погружать в нее реактор |
| Большое время реакции | Продолжительность реакции | Производительность | Эвристический прием N 18: Изменение химической реакционной способности. Изменить свойства молекулы введением функциональных групп с тем или иным мезомерным, индуктивным или стерическим эффектом. Изменить температуру, применить катализаторы, растворители или их смеси, краун-эфиры, комплексообразователи | Для активации реакции применить ионообменные смолы – катиониты (КУ-1, КУ-2) |
Таблица 9 Технические функции физических эффектов
| № | Элемент | ТФ | ФЭ | Конкретная реализация |
| 1 | электроплитка | повышение температуры | нагревание тела | изменение температуры тела под действием тепловой энергии, подведенной к телу или отведенной от него. Изменение температуры пропорционально количеству теплоты и определяется удельной теплоемкостью тела. |
| 2 | электроплитка | повышение температуры | Явление Томсона | Выделение или поглощение тепла (избыточного над Джоулевым) при прохождении тока по неравномерно нагретому однородному проводнику или полупроводнику |
| 4 | электроплитка | повышение температуры | Фазовые переходы первого рода | изменение плотности, агрегатного состояния веществ при определенной температуре, сопровождающееся выделением или поглощением тепла |
Таблица 10 Оценка вариантов технических решений (1)
| Наименование элемента | Оценка по категориям | ||
| Экономичность | Простота конструкции | Надежность | |
| Теплопередающее устройство | |||
| А11 Воздушная баня | 6 | 7 | 8 |
| А12 Глицериновая баня | 3 | 5 | 5 |
| А13 Масляная баня | 2 | 3 | 5 |
| Материал реактора | |||
| А21 Тюрингское стекло | 8 | 7 | 1 |
| А22 Иенское боросиликатное стекло | 5 | 6 | 5 |
| А23 Иенское стекло разотерм | 3 | 6 | 7 |
| А24 Кварцевое стекло | 1 | 3 | 7 |
| Форма реактора | |||
| А31 Круглый | 6 | 8 | 6 |
| А32 Грушевидный | 5 | 5 | 5 |
| А33 Эллиптический | 2 | 3 | 5 |
| Холодильник водяной | |||
| А41 Прямой | 8 | 8 | 7 |
| А42 Обратный | 6 | 5 | 6 |
| А43 Обратный со змеевиком внутри | 2 | 2 | 6 |
Таблица 11Оценка вариантов технических решений (2)
| Наименование элемента | Критерии оценки | ||
| Селективность | Время реакции | Выход | |
| Холодильник | |||
| Обратный | 5 | 5 | 6 |
| Шариковый | 5 | 7 | 7 |
| Змеевиковый | 5 | 7 | 6 |
| Состоящий из нескольких коротких шариковых | 5 | 8 | 8 |
| МЭГ | |||
| А21 Химически чистый | 6 | 6 | 5 |
| А22 МЭГ, содержащий разл. примеси | 3 | 4 | 3 |
| Ингибитор | |||
| А41 Cu | 4 | 3 | 3 |
| А42 Гидрохинон | 8 | 6 | 6 |
| Тип реакции | |||
| А51 Гомофазная ж-ж | 6 | 5 | 5 |
| Температура процесса | |||
| А61 150 0С | 7 | 7 | 6 |
| А62 130 0С | 4 | 3 | 2 |
Для реактора получено 216 комбинаций.
По экономичности:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Силиконовая баня: 6 Силиконовая баня: 6
Тюрингское стекло: 8 Тюрингское стекло: 8
Круглый: 6 Круглый: 6
Система шариковых: 8 Шариковый: 6
У=28 У=26
По простоте конструкции:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Силиконовая баня: 7 Силиконовая баня: 7
Тюрингское стекло: 7 Тюрингское стекло: 7
Круглый: 8 Круглый: 8
Обратный: 8 Шариковый: 5
У=30 У=27
По надежности:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Силиконовая баня: 8 Силиконовая баня: 8
Иенское стекло разотерм: 7 Иенское стекло разотерм: 7
Круглый: 6 Круглый: 6
Система шариковых: 7 Шариковый: 6
У=28 У=27
Для процесса: 32 комбинаций
По селективности:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Эфир с конц. не менее 98%: 5 Эфир с конц. не менее 98%: 5
МЭГ ХЧ: 6 МЭГ ХЧ: 6
Cu: 5 Cu: 5
Гидрохинон: 8 Гидрохинон : 8
Гомофазная ж-ж: 6 Гомофазная ж-ж: 6
1500С: 7 1300С: 4
У=37 У=34
По времени пребывания:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Эфир с конц. не менее 98%: 6 Эфир с конц. не менее 98%: 6
МЭГ ХЧ: 6 МЭГ ХЧ: 6
Cu: 5 Cu: 5
Гидрохинон: 6 Гидрохинон: 6
Гомофазная ж-ж: 5 Гомофазная ж-ж: 5
1500С: 7 1300С: 3
У=35 У=31
По степени конверсии:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Эфир с конц. не менее 98%: 6 Эфир с конц. не менее 98%: 6
МЭГ ХЧ: 5 МЭГ ХЧ: 5
Cu: 5 Cu: 5
Гидрохинон: 6 Гидрохинон: 6
Гомофазная ж-ж: 5 Гомофазная ж-ж: 5
1500С: 5 1300С: 2
У=32 У=29
Расчет Ки. Для реактора: По первому критерию: