ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЕВОГО ЭФИРА НА ОСНОВЕ НАФТЕНОВЫХ И БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ Мустафаев С.А.,Фарзане Х.Ф.,Шыхалиев К.С.

Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности


Номер: 8-1
Год: 2017
Страницы: 16-21
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

эфир, нафтеновых и бензойнойкислоты регрессионная модель, сложные эфиры, катализатор, бензоат-нафтенат этиленгликоль, пластификатор, stream, naphthenic and benzojnojkisloty regression model , esters , catalyst , benzoate-ethylene glycol naphthenate , plasticizer

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

На основании экспериментальных данных разработана регрессионная модель процесса получения этиленгликолевого эфира нафтеновых и бензойной кислоты, отражающая влияние основных технологических факторов (количества спирта, кислоты, катализатора, продолжительности реакции) на выход целевого продукта. Проведен статистический анализ полученной модели, доказана адекватность разработанной модели экспериментальным данным. Найдены оптимальные значения входных переменных параметров, при которых достигается максимальное значение выхода бензоат-нафтенат этиленгликоля. Разработанная математическая модель в виде регрессионного полинома, адекватно описывающая экспериментальные данные, позволяет найти оптимальные значения входных переменных реакции: количество спирта равное 0.12 грамм, количество кислоты равное 0.10 г., количество катализатора 6% и продолжительность реакции 7 часов. При которых максимальный выход целевого продукта составил 91%.

Текст научной статьи

В последние годы наноразмерные катализаторы находят все более широкое применение в различных процессах органического и нефтехимического синтеза [1-3]. Для выявления оптимального варианта нанокаталитических систем представлялось интересным привлечь к нашим исследованиям в области этерификации нанодиоксид титана (TiO2) различной модификации (РС-500, L-181, RCL-696 соответственно нано анатаз, нано рутил, микрорутил). В качестве исходного продукта для получения сложных эфиров использовали синтетических (СНК) и природных нафтеновых кислот (ПНК). В случае с использованием СНК синтез проводили прямым окислением нафтенового концентрата, полученного из фракции 220-350°С нефти Балаханского месторождения. Катализаторами окисления служили нафтенаты металлов переменной валентности (Mn и Co).[4-7] Этиленгликолевый эфир нафтеновых и бензойной кислоты был испытан в качестве пластификатора. Некоторые данные опытного эфира приведены в таб 1. Таблица 1 Некоторые данные онытного эфира Показатели Бензоат-нафтенатовый эфир этиленгликоля Диоктилфталат (еталон) 1. Температура вспышки, °С 206 Не меньше 205 2. Кислотное число мг КОН/г 0.5 0.10 3. Плотность, при 20°С, кг/м3 959,4 975,0 4. Число омыления, мг КОН/г 290-300 280-290 После испытания бензоат-нафтенового эфира этиленгликоля в качестве пластификатора для поливинилхлоридных смол (PVX)- (С-66) было установлено, что опытный пластификатор может заменить промышленный пластификатор диоктилфталата (ДОФ). Изучено влияние входных режимных параметров процесса - количество спирта -Z1, количество кислоты -Z2, количество катализатора -Z3, %, продолжительность реакции -Z4, час, на выход целевого продукта - У, %, при температуре - 110°С. Результаты исследований представлены таб 2. Таблица 2 Результаты исследований влияние входных режимных параметров процесса № опыта Количество спирта - Z1. Количество кислоты - Z2, моль Количество катализатора -Z3, % (мас.) Продолжительность реакции - Z4, час Выход целевого продукта - У, %(мас.) 1. 1. 0.1 0.1 2.0 3 55.8 2. 2. 0.1 0.1 3.0 4 65.7 3. 3. 0.1 0.1 4.0 5 72.0 4. 4. 0.1 0.1 5.0 6 78.0 5. 5. 0.1 0.1 6.0 7 80.2. 6. 6. 0.1 0.1 7.0 8 81.0 7. 7. 0.12 0.2 5.0 5.0 40 8. 8. 0.12 0.04 5.0 5.0 65.2 9. 9. 0.12 0.06 5.0 5.0 70.4 10. 0.12 0.08 5.0 6.0 85.0 11. 0.12 0.1 5.0 6.0 84.5 12. 0.12 0.12 5.0 6.0 85 13. 0.04 0.1 5.0 1.0 50.5 14. 0.06 0.1 5.0 2.0 60.5 15. 0.08 0.1 5.0 3.0 70.2 16. 0.1 0.1 5.0 5.0. 84.9 17. 0.12 0.1 5.0 6.0 85.2 18. 0.14 0.1 5.0 7.0 84.9 Учитывая, что количество проведенных экспериментов 18, а число факторов 4, выходную функцию можно представить в виде полиноминальной зависимости регрессионного характера: (1) где Y - значение параметра оптимизации; Zi, Zj - кодированные обозначения факторов модели; n - число факторов; ao - свободный член в уравнении регрессии; ai, aij, aii - коэффициенты линейного эффекта, парного взаимодействия факторов, квадратичного эффекта; i - порядковый номер фактора (i=1, 2, 3, 4); j - порядковый номер парного взаимодействия факторов. Для определения коэффициентов уравнения (1) использована программа S-plus 2000 Professional, разработанная компанией Mathwork для автоматизированной математической обработки и статистического анализа, данных расчета коэффициентов линейной регрессии, парной корреляции и квадратичных эффектов для указанных [8] выборах. Оценка значимости коэффициентов регрессии подтверждена значимым коэффициентам множественной корреляции R, критерием Стьюдента “t”, а также ошибкой аппроксимации опыта : (2) (3) где r - коэффициент корреляции между входным i-ым факторам zi и выходным параметрам Y; n - количество факторов, равное 4; - дисперсия ошибки коэффициента регрессии: (4) где N - количество опытов в матрице; - дисперсия воспроизводимости, определенная по формуле: (5) где m - число повторений опытов в центре плана, т.е. на базовом уровне; - средние и текущие значения функции отклика в j-ым опыте. После отсева незначимых коэффициентов регрессии, для которых расчетное “t” меньше “t” - табличного, получается уравнение регрессии в следующем виде: (6) Оценку адекватности регрессионной модели (6) проверяли по критерию Фишера [9], представляющая собой отношение остаточной дисперсии и дисперсии воспроизводимости: (7) где - остаточная дисперсия, определяемая по формуле: (8) где l - число значимых коэффициентов в уравнении регрессии, N - количество опытов в матрице. Подставляя численные значения =15.3 и =0.9 в уравнение (7), определили расчетное значение Fp=17.2. Сравнивая найденные значения критерия Fp с табличным при выбранной доверительной вероятности 95% и числах степеней свободы f1=8 и f2=2 установили, что расчетное значение Fp=17.2 меньше табличного FТ=19.2. Это свидетельствует о том, что уравнение регрессии (6) адекватно описывает поверхность отклика. Следовательно, эта модель может служить статистической моделью закономерностей изменения параметров процесса и ее можно использовать при исследовании реакции в широком интервале изменения входных переменных, а также для определения оптимальных режимных параметров процесса. Используя разработанную модель (6) на персональном компьютере нами проведены расчеты по изучению влияния каждого входного фактора на выходной параметр. Результаты расчетов приведены на рис. 1-4. Рис. 1. Зависимость выхода целевого продукта Y от количества спирта - (Z1) при различных значениях кислоты (Z2), катализатора (Z3) и продолжительности реакции (Z4) 1. Z2=0.04; Z3=2%; Z4=3. 2. Z2=0.08; Z3=4%; Z4=5. 3. Z2=0.1; Z3=6%; Z4=7. На рис. 1 представлены зависимости выхода целевого продукта - Y1 % от количества спирта - Z1, при различных значениях кислоты - Z2, катализатора - Z3 и продолжительности реакции - Z4. Из кривой 1 видно, что при низких значениях Z2=0.04 г, Z3=2%, Z4=3 часа при изменении количества спирта - Z1, от 0.02 г. до 0.12 г. выход Y, % меняется от 53 до 65%. На кривой 2 видно, что с увеличением Z2 до 0.08 г, Z3 до 4%, Z4 до 5 ч значение выхода Y1 увеличивается от 41% до 70%. На кривой 3 при значениях Z2=0.1 г, Z3=6%, Z4=7 ч выход растет от 60%: до 92% при Z1=0.12 г/моль. Рис. 2. Зависимость выхода целевого продукта Y от количества кислоты (Z2) при различных значениях спирта (Z1), катализатора (Z3) и продолжительности реакции (Z4) 1. Z1=0.04; Z3=2%; Z4=3. 2. Z1=0.08; Z3=4%; Z4=5. 3. Z1=0.12; Z3=6%; Z4=7. На рис. 2 представлены зависимости целевого продукта Y, % от количества кислоты - Z2 при различных значениях спирта - Z1, катализатора - Z3, продолжительности реакции - Z4. На кривой 1 видно, что при изменении количества кислоты - Z2 от значения 0.02 г. до 0.10 г. при значениях Z1=0.04 г., катализатора - Z3=2%, продолжительности реакции - Z4=3 часа выход целевого продукта - Y, % падает от 57% до 49%. На кривой 2 видно, что с увеличением значения кислот - Z2 от 0.02 г. до 0.10 г. выход целевого продукта увеличивается от 40.7% до 64%. При Z2=0.08 г, Z3=4%, Z4=5 часов. На кривой 3 при значениях Z1=0.12 г., Z3=6%, Z4=7 часов с увеличением Z2 от 0.02 г. до 0.1 г. выход Y, % растет от 38% до 91%. Рис. 3. Зависимость выхода целевого продукта Y от количества катализатора (Z3) при различных значениях количества спирта (Z1), количества кислоты (Z2) и продолжительности реакции (Z4) 1. Z1=0.04; Z2=0.04; Z4=3. 2. Z1=0.08; Z2=0.08; Z4=5. 3. Z1=0.12; Z2=0.1; Z4=7. На рисунке 3 представлены зависимости выхода целевого продукта Y, % от количества катализатора - Z3 при различных значениях Z1-г.; Z2 -г.; Z4 час. На кривой 1 при Z1=0.04 г., Z2=0.04 г., Z4=3 часа при изменении Z3 от 2% до 7% выход целевого продукта - Y, % падает от 55.5% до 0.8%. На кривой 2 при Z1=0.08г.; Z2=0.08гр.; Z4=5 часов при изменении Z3 от 2% до 7% выход целевого продукта увеличивается от 55% до 64%. На кривой 3 при значениях Z1=0.12 г., Z2=0.10 г., Z4=7 часов при увеличении Z3 от 2% до 6% выход целевого продукта растет от 47% до 91%. Рис. 4. Зависимость выхода целевого продукта Y от продолжительности реакции (Z4) при различных значениях количества спирта (Z1), количества кислоты (Z2) и количества катализатора (Z3) 1. Z1=0.04; Z2=0.04; Z3=2. 2. Z1=0.08; Z2=0.08; Z3=4. 3. Z1=0.12; Z2=0.1; Z3=6.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.