Розробка математичної моделі плівкового абсорбера для сульфатування двохкомпонентних сумішей органічних речовин

Автор(и)

  • Олександр Михайлович Дзевочко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-1297-1045
  • Михайло Олексійович Подустов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-2119-1961
  • Альона Ігорівна Дзевочко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-5988-5577
  • Володимир Олексійович Панасенко Державна установа «Державний науково-дослідний і проектний інститут основної хімії», Україна https://orcid.org/0000-0003-0441-9063

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246612

Ключові слова:

математична модель, процес сульфатування, плівковий абсорбер, поверхнево-активна речовина, двокомпонентна суміш

Анотація

Процеси, що протікають в плівкових абсорберах при сульфатуванні двохкомпонентних сумішей органічних речовин, є достатньо складними і потребують математичного моделювання. В дослідженні розроблено математичну модель, що дозволяє адекватно описати процес  сульфатування газоподібним триоксидом сірки у виробництві поверхнево-активних речовин. На основі моделі стало можливим дослідити даний процес для вищих спиртів фракцій С12–С14 та моноетаноламідів вищих жирних кислот кокосової олії.

Наведено дані щодо зіставлення результатів математичного моделювання за розробленою математичною моделлю з відомими експериментальними даними та результатами альтернативного математичного моделювання за різного відношення довжини реакційної труби до її діаметру (l/d). Показано, що похибка зіставлення з експериментальними даними склала: 4.8–9,6 % при l/d=29, 1.1–8.7 %  при l/d=70, 3.9–12.3 %  при l/d=144. Похибка зіставлення з відомими результатами альтернативного математичного моделювання склала, відповідно, 6.3–7,2 %, 0.1–6.5 %, 0–1.0 %. Ці результати отримані для  мольного співвідношення в діапазоні 1.0–1.15 та концентрації SO3 в потоці 4.0–6.0 %.

Такі результати дозволяють стверджувати, що визначені залежності основних параметрів процесу сульфатування за довжиною абсорбера та в його радіальному напрямі, є адекватними. Тому розроблена математична модель є працездатною за розглянутих діапазонів вхідних змінних. Отже, вона може бути використана при теоретичному дослідженні процесу сульфатування двокомпонентних сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки у плівковому абсорбері з низхідним потоком фаз. Отримувані при цьому результати можуть бути використані в практиці, зокрема при виготовленні високоякісних продуктів для косметичної промисловості

Біографії авторів

Олександр Михайлович Дзевочко, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра автоматизації технологічних систем та екологічного моніторингу

Михайло Олексійович Подустов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра автоматизації технологічних систем та екологічного моніторингу

Альона Ігорівна Дзевочко, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, асистент

Кафедра автоматизації технологічних систем та екологічного моніторингу

Володимир Олексійович Панасенко, Державна установа «Державний науково-дослідний і проектний інститут основної хімії»

Доктор технічних наук, професор, вчений секретар

Посилання

  1. Tananayko, Yu. M., Vorontsov, E. G. (1975). Metody rascheta i issledovaniya plenochnyh protsessov. Kyiv: Tekhnika, 312.
  2. Timmermans, R. C. V. (2017). Falling Film Reactor. Available at: https://documents.pub/document/falling-film-the-main-conclusion-of-this-research-is-that-the-concept-of-the-falling.html
  3. Russo, V., Milicia, A., Di Serio, M., Tesser, R. (2019). Falling film reactor modelling for sulfonation reactions. Chemical Engineering Journal, 377, 120464. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.11.162
  4. Sheverdyaev, O. N., Belov, P. S., Shkitov, A. M. (2001). Osnovy tekhnologii poverhnostno-aktivnyh veschestv i sinteticheskih moyuschih sredstv. Moscow: MGOU, 201.
  5. Dzevochko, O. M., Podustov, M. O. (2018). Research of the process of sulfathing organic substances by gaseous sulfur trayoxide. Intehrovani tekhnolohiyi ta enerhozberezhennia, 2, 50–55. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/41212/1/ITE_2018_2_Dzevochko_Doslidzhennia_protsesu.pdf
  6. Adami, I. (2004). Design Criteria, Mechanical Features, Advantages and Performances of Multitube Falling Film Sulphonation Reactor. Tenside Surfactants Detergents, 41 (5), 240–245. doi: https://doi.org/10.3139/113.100230
  7. Narváez, P. C., Sánchez, F. J., Godoy-Silva, R. D. (2009). Continuous Methanolysis of Palm Oil Using a Liquid–Liquid Film Reactor. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 86 (4), 343–352. doi: https://doi.org/10.1007/s11746-009-1356-9
  8. Xu, Z. F., Khoo, B. C., Wijeysundera, N. E. (2008). Mass transfer across the falling film: Simulations and experiments. Chemical Engineering Science, 63 (9), 2559–2575. doi: https://doi.org/10.1016/j.ces.2008.02.014
  9. Foster, N. C. (1997). Sulfonation and Sulfation. The Chemithon Corporation, 36. Available at: https://docplayer.net/29344190-Sulfonation-and-sulfation-processes-norman-c-foster-ph-d-p-e.html
  10. Johnson, G. R., Crynes, B. L. (1974). Modeling of a Thin-Film Sulfur Trioxide Sulfonation Reactor. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 13 (1), 6–14. doi: https://doi.org/10.1021/i260049a002
  11. James Davis, E., Van Ouwerkerk, M., Venkatesh, S. (1979). An analysis of the falling film gas-liquid reactor. Chemical Engineering Science, 34 (4), 539–550. doi: https://doi.org/10.1016/0009-2509(79)85099-x
  12. Gutierrez-Gonzalez, J., Mans-Teixido, C., Costa-Lopez, J. (1988). Improved mathematical model for a falling film sulfonation reactor. Industrial & Engineering Chemistry Research, 27 (9), 1701–1707. doi: https://doi.org/10.1021/ie00081a023
  13. Dabir, B., Riazi, M. R., Davoudirad, H. R. (1996). Modelling of falling film reactors. Chemical Engineering Science, 51 (11), 2553–2558. doi: https://doi.org/10.1016/0009-2509(96)00113-3
  14. Talens-Alesson, F. I. (1999). The modelling of falling film chemical reactors. Chemical Engineering Science, 54 (12), 1871–1881. doi: https://doi.org/10.1016/s0009-2509(98)00497-7
  15. Akanksha, Pant, K. K., Srivastava, V. K. (2007). Modeling of sulphonation of tridecylbenzene in a falling film reactor. Mathematical and Computer Modelling, 46 (9-10), 1332–1344. doi: https://doi.org/10.1016/j.mcm.2007.01.007
  16. Torres Ortega, J. A., Morales Medina, G., Suárez Palacios, O. Y., Sánchez Castellanos, F. J. (2009). Mathematical Model of a Falling Film Reactor for Methyl Ester Sulfonation. Chemical Product and Process Modeling, 4 (5). doi: https://doi.org/10.2202/1934-2659.1393
  17. Torres Ortega, J. A., Díaz Aldana, L. A., Sánchez Castellanos, F. J. (2009). Falling film reactor for methyl ester sulphonation with gaseous sulphur trioxide. Ingeniería e Investigación, 29 (3), 48–53. Available at: https://revistas.unal.edu.co/index.php/ingeinv/article/view/15182/15976
  18. Torres Ortega, J. A. (2012). Sulfonation/Sulfation Processing Technology for Anionic Surfactant Manufacture. Advances in Chemical Engineering. doi: https://doi.org/10.5772/32077
  19. Podustov, M. O., Dzevochko, A. I., Lysachenko, I. H., Dzevochko, O. M. (2017). Analysis of the sulfathing process in a tubular film reactor by method of mathematical modeling. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu "KhPI". Seriya: Khimiya, khimichna tekhnolohiya ta ekolohiya, 49, 60–65. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/vcpixx_2017_49_12

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-21

Як цитувати

Дзевочко, О. М., Подустов, М. О., Дзевочко, А. І., & Панасенко, В. О. (2021). Розробка математичної моделі плівкового абсорбера для сульфатування двохкомпонентних сумішей органічних речовин. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (114), 15–22. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246612

Номер

Том 6 № 6 (114) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Oleksandr Dzevochko, Mykhaylo Podustov, Alona Dzevochko, Vladimir Panasenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.