Определение профиля температур при течении вязкой реакционной смеси в диффузионном политропном реакторе ксантогенирования спиртов Текст научной статьи по специальности «Физика»

reтероциклов, содержащих дополнительный реакционный центр в виде беизилиденового фрагмента.

МЕТОДИКИ СИНТЕЗОВ ИК спектры записаны на Фурье-спектрометре ФСМ-1201, (в тонком слое: вазелиновое масло, гексахлорбутадиен), спектры ЯМР и t3C - на спектрометре Brucker АОЗОО (300 МГц) и Varían FT 8ÜA(80 МГц) в растворе CDCÍ3, внутренний стандарт ТМ'С. Контроль за ходом реакций и чистотой продуктов осуществлялся с помощью ТСХ на пластинках Silufol UV-254, элюент: гек-сан-диизопропиловый эфир-ацетон 3:1:1, проявитель .-» пары йода,

1-Гидро1сси-3-оксО"4-ацетил-5-фепил-10-бен-зилиден-бицикло|4А0|декан(1) описан нами в [2].

3-Метил-4»фенил-8-беиз11лид€н-4,4а,5,6,7,8,-8а,9-октагидро-2Н-5еизо|2,3-1}йидазол-8а-ол(2)- К 0,7 г. (1.9 ммоль) кетола 1, растворенного при нагревании в 80 мл этанола, прикапывают раствор 0.4 мл (75 ммоль) гидразин гидрата в 5 мл этанола, Реакционную смесь нагревают в течение 30 мин (до исчезновения пятна кетола на ТСХ), выдерживают в течение 24 часов. Выпавшие кристаллы отфильтровывают и промывают водой. Выход 0.44г (64%). Т11Л=257-259°С (с разл. из этанола). Найдено, %: С 80.68, H 7.58, N 6.97; C25H26N20. Вычислено, %: С 81.08, H 7,027 N 7.57. ЯМР 13С спектр (CDCKX 6, м.д.: 138.21 (С3), П0.72 (С3а), 50.10 (С4), 40.81 (С4й), 23,99 (С5), 26.39 (С6), 30,65 (С7), 147,75 (С8), 120.39 (С»; 75.33 (СЯа), 40.40

(С9), 142.10 (С9а), 12.1 1 (СН3).

Кафедра органической и биоорганической химии

3-Мстил-4-фенил-8-беизилнден-4,4а,5,647,8г

8а,9-оюгагидронафто12,3-с]изоксазол-8а*ол(3), К

2.5 г. (7 ммоль) кетола 1, растворенного при нагревании в 50 мл этанола, добавляют 3.4 мл водного раствора, содержащего 0.93 г (13 ммоль) гидро-ксиламина солянокислого. Реакционную смесь кипятят в течение 50 минут, выдерживают 24 часа при комнатной температуре. Выпавшие кристаллы отфильтровывают и промывают водой. Выход 1.74 г (70%). ТПЛ=223-225°С (с разл. из этанола). Найдено, %: С 81.06, Н 7.38 N 3.97; С25Н25К 02. Вычислено, %: С 80.86, Н 6.74, N 3,48. ЯМР 13С спектр (СОСЬХ 5, мл: 163.58 (С3), 109.99 (С3а), 49.43 (С4), 40.43 (С4а), 23.93 (С5), 26.25 (С6), 29.05 (С7), 146-81(С8), 120.99 (С8>), 74,80(СКД 39.98 (С*), 159.89 (С9а), 12,24 (СН3).

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ (МК-2225.2005.3)

ЛИТЕРАТУРА

1. Сорокин Кривенько А,П. Биологическая активность N. О, 8-содержащих гетероорганиче-ских соединений. Саратов: Изд-во сарат. ун-та. 2002.201 с.

2. Голиков Морозова А,А, Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии. Сборник статей молодых ученых, посвященный 75-летию химического факультета. Саратов: Изд-во сарат, ун-та. 2004. 258 с.

3. Григорьева Э,АМ Сорокин В.ВМ Кривенько А.ГЬ Химия и компьютерное моделирование. Бутлеров-ские сообщения. 2002. № П. С 27-29.

УДК 66.023.001.57

ОЛ. ВЕРШИНИН, А. Б. ГОЯОВАНЧИКОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ТЕМПЕРАТУР ПРИ ТЕЧЕНИИ ВЯЗКОЙ РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ В ДИФФУЗИОННОМ ПОЛИТРОПНОМ РЕАКТОРЕ КСАНТОГЕНИРОВАНИЯ СПИРТОВ

(Волгоградский государственный технический университет)

На основе решения системы дифференциальных уравнений двухпарам етр и ч ее ко й диффузионной модели определен профиль температур в осевом направлении и по радиусу трубы при течении вязкой реакционнной смеси в политропном реакторе ксантогеии-рования спиртов.

Реактор ксантогенирования спиртов представляет собой трубу длиной 2 м, диаметром 0,45м, по которой движется реакционная смесь.

Для охлаждения в рубашку подается хладагент -рассол хлорида кальция с температурой минус 15°С.

Реакцию кеантогенирования спиртов представляют в две стадии [1]: ИОН+ОН" Ш ЧЬСХ КСУ+С52^ЯОС82 .

При избытке спирта и воды в реакционной массе экспериментально наблюдается первый порядок бимолекулярной реакции.

Для определения полей изменения концентраций реагирующего компонента в осевом направлении и по радиусу трубы реактора воспользуемся двухпараметричеекой диффузионной моделью, уравнение которой имеет вид [2]:

-1)

dc

+ DL -

d2e Dr d (1c Л

—_ + — = o .

(1)

Аъ ¿г г с!г с1г При равенстве третьего слагаемого нулю, уравнение переходит в стандартное уравнение одно пара метр и чес кой диффузионной модели. Решение которого, с граничными условиями "закрытого аппарата'' представлено в [3], Равенство:

пг а ас „

—!---г—как производная произве-

г с!г сЗг

дения будет иметь вид:

с1с а2с Л

+ г--- = 0 .

(2)

dr dr2

Решение уравнения (2) в общем виде имеет

вид:

с(г) - С1 + С2 - 1п(г) . (3)

Необходимо найти коэффициенты СЛ и С2.

Согласно кинетике процесса реакция происходит при избытке спирта и воды, при этом сероуглерод находится в отдельной фазе в силу ограниченной растворимости. Адгезионное взаимодействие между стенкой и молекулами С82 в данной модели не учитывается, тогда с(г)=0 при г=Квн и

С1

(4)

С2 = —

При этом, концентрация реагирующего компонента для участка длины реактора Аг, определяется из решения уравнения однопараметриче-ской диффузионной модели, тогда:

Л/, r ии

| |2 ■ тс ■ г ■ c(r)drdz = cz >

0 г

и соответственно;

cz-2-Ln(RBH)

(5)

СП-

(6)

Для составления теплового баланса (рис.1) всю площадь сечения реактора разобьем на кольцевые сечения равной площади А8 [1]. Для каждого кольцевого сечения определим концентрации и

температуры на входе и выходе с учетом теплово го эффекта реакции и передачи тепла теплопроводностью в смежные кольцевые сечения.

Тхп ! ......

А

U

/Чл

Рис.1.Схема движения реакционной массы в реакторе на элементе длины AZ к кольцевых сечениях с равной площадью AS

и хладагента в рубашке }1].

Fig. 1. Scheme movement reaction mass in reactor by participation length AZ in hooping section with equation square AS and cold stream in external cover [1].

Элементарный тепловой баланс для i-го кольцевого сечения со средним радиусом г,. скоростью реакционной массы vb концентрацией на входе реагирующего компонента сН| и на выходе

ckj, и соответственно температурами THl и TKl будет иметь вид [1]:

ь

qv -р-с -Тн +qr(cf, ~ck -AS-Дг =

i \ 4 J

-(7)

T -T

«i

и.

l<]

P H

Г

Az+p-c -T

где г), - скорость в i-м кольцевом сечении,

U =

(1 + 3'пЛ

V

1 + п

V

)

/

1-

Г

\

—

■ (8)

Тогда температура реакционной массы на выходе из рассчитываемого кольцевого сечения (входе следующего кольцевого сечения);

U

qr - (с -ск)-.......

т. =т + L ^-

Н;

X

4v Рс

р

X

Г ~Т

н, Ан

1-1

н

+

ц н.

+1

VI"

г„| -г,

•(9)

Для последнего кольцевого сечения, граничащего со стенкой, уход тепла осуществляется за счет теплопередачи через стенку, и второе слагаемое в вычитаемой дроби будет иметь вид 2-7С-Кв„-Л2-Як,.

Так как расход в кольцевом сечении определяется в виде qv = ■ А8, последнее расчетное

уравнение будет иметь вид:

\ = THi +

qt '(сн. -ck.) 2-tc-X-Az

рс

Р

Dj-AS-p-c

х

X

Т -Т

п. и

\ — ]

г, - Гн

N

ГГ1 гр

Н, И

(•И

i-l

гм - Гi

Н,

(10)

Результаты расчета в виде графических за-

висимостей представлены ниже:

4 DD

t,005

0,965

1 2 Э 4 S 6 7 В 9 10 11 12 13 14 15 16 17 10 19 20

Номер сеченин по радиусу

Рис.2. Изменение температуры по радиусу трубы реактора: 1-1=0,01; 2 - 1=0,25;3~ !=0.75;4-1=К8 и локальной степени превращения: 4-1=0,01 ;5 - N0.25.

Fig. 2. Alteration of temperature by radius tube reactor: 1-1-0.01: 2 - l-0,25;3— 1-0.75:4-1-1,8 and local degree conversion: 4-1~0Д)1;5 - N0,25.

Вид температурной зависимости по радиусу реактора, показывает, что на начальном участке длины реактора имеется максимум температуры вблизи стенки, при дальнейшем увеличении расстояния от входа зависимость температуры от радиуса имеет более пологий вид, при этом максимум температуры перемещается к оси трубы. Такой вид температурной зависимости для начального участка трубы характерен для адиабатического течения вязкой жидкости при постоян-

ной температуре стенки. В нашем случае, участок адиабатического течения характерен лишь для начального участка длины трубы (1^0,Q3m\ для которого можно принять постоянной температуру стенки аппарата. Аналогичный вид температурной зависимости получен для течения расплавов полимеров [4] и обусловлен эффектом охлаждения, являющегося следствием адиабатического расширения расплава.

Экспериментальные исследования распределения температур в потоке расплава, приведенные Н,В, Тябиным [5], показывают, что форма профиля температур существенно зависит от направления теплового потока, скорости течения и радиуса канала. Если тепловой поток направлен от расплава к стенке, то в канале малого сечения (с1=бмм) профиль температур имеет клиновидную форму. Увеличение диаметра канала вызывает существенные изменения формы температурного профиля. По мере удаления от входа в канал температурный профиль резко меняет конфигурацию, изменяясь от клиновидного до параболического. В нашем случае при течении вязкой реакционной смеси, клиновидный профиль температур не наблюдается. Это можно объяснить большим диаметром канала трубы (Rbh=05225m).

ЛИТЕРАТУРА

1. Дулькшш Н. А, Математическое моделирование химических реакторов с учетом структуры потоков и уровня смешения.// Дис.-.кл\н. ВолгГТУ. 2002. 188с.

2. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. /V М.: Химия. 1976. 381 с. Вершинин О.Ам Голованчиков AJG, // Изв. вузов, Химия и хим. технология. 2005. Т.48. Вып.З. С. 125-127. Ториер Р. В, Основные процессы переработки полимеров: Теория и методы расчета. // М.: Химия. 1972.456 с,

Тябин Н.В. и др. В кн.; Теплообмен. Советские исследования.//М: Наука. 1975, С. 195-198.

Кафедра промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности