Разработка математической модели стадии экстракции в производстве нитробензола Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»



Розроблено математичну модель стадп про-титочног екстракци бензеном в стационарному режимi видпрацьованог кислоти виробництва ттробензену. При екстракци перебиають про-цеси ттрування бензену залишками ттратног кислоти (метиться у видпрацьованш кислотй перехйд нитробензену в оргатчну фазу. На моделi виявлено вплив часу перебування, температури, концентрации Н2Б04 на концентрацию ттратног кислоти на виходi з системи

Ключовi слова: ттробензен, вгдпрацьована кислота, екстракщя бензином, математична

модель, стацюнарний стан, режим

□-□

Разработана математическая модель стадии противоточной экстракции бензолом в стационарном режиме отработанной кислоты производства нитробензола. При экстракции протекают процессы нитрования бензола остатками азотной кислоты, содержащейся в отработанной кислоте, и переход нитробензола в органическую фазу. На модели выявлено влияние времени пребывания, температуры, концентрации Н2S04 на концентрацию азотной кислоты на выходе из системы

Ключевые слова: нитробензол, отработанная кислота, экстракция бензолом, математическая модель, стационарное состояние, режим_

УДК 66.095.81

|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.43404|

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СТАДИИ ЭКСТРАКЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ НИТРОБЕНЗОЛА

С. А. Кондратов

Доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой* Е-mail: [email protected] М. Д. Аль Хамадани

Аспирант* *Кафедра высшей математики и компьютерной технологии Институт химических технологий Восточноукраинского национального университета им. Владимира Даля ул. Ленина, 31, г. Рубежное, Луганская область, Украина, 93010

1. Введение

Нитробензол - многотоннажный продукт, лежащий в основе производств большого ассортимента химической продукции: полимеров, полупродуктов и красителей, лекарственных препаратов, химикатов для сельского хозяйства [1]. В промышленности его производят взаимодействием бензола со смесью азотной и серной кислот. Для более полного использования азотной кислоты отработанную кислоту после нитрования, отстоя и разделения кислотного и ни-тробензольного слоев и содержащую до 1 % HNO3 обрабатывают бензолом на стадии экстракции [1]. При этом одновременно из отработанной кислоты извлекаются остаточные количества нитробензола, оставшиеся в кислоте после отстоя и разделения. Проблемой является рациональная организация этой стадии с целью более полного расходования азотной кислоты и извлечения нитробензола [1]. Учитывая масштабы производства нитробензола, важнейшим подходом к поиску путей совершенствования технологии является компьютерное моделирование.

2. Анализ литературных данных и постановка проблемы

В технике процесс получение нитробензола проводят по реакции:

Процесс нитрования (1) - гетерогенный и проводится при интенсивном перемешивании в емкостных реакторах непрерывного действия при температуре до 75 °С [1, 2]. В результате процесса, после отделения нитробензола, образуются значительные количества отработанной кислоты, содержащей в среднем около 70 % серной кислоты, около 1 % непрореагировавшей азотной кислоты и до 0,5 % нитробензола. Часть ее возвращается на нитрование в качестве теплового буфера, а остальное количество направляется на денитрацию и концентрирование для получения 92-96 %-ной серной кислоты [1-5].

Для более полного использования сырья отработанную кислоту перед денитрацией и концентрированием подвергают экстракции бензолом. При этом азотная кислота вступает в реакцию (1), а нитробензол переходит в бензольный слой, который далее направляется на стадию нитрования [1, 3].

На практике экстракцию обычно проводят в аппарате перемешивания непрерывного действия с последующими отстоем и сепарацией. Исследования процессов экстракции немногочисленны и исчерпываются результатами, изложенными в монографии [1]. Показано, что экстракцию эффективно можно про-

©

водить в двух последовательно соединенных аппаратах колонного типа, при этом время пребывания на каждой ступени - около 20 мин. Отмечено, что время пребывания можно сократить в десятки раз при использовании экстракторов, работающих в условиях интенсивного перемешивания. Вследствие недостаточной изученности процесса экстракции, подбор технологического режима и оборудования проводится эмпирическим путем.

Учитывая значительные масштабы производства, важнейшим подходом к поиску путей совершенствования технологии нитробензола является компьютерное моделирование [6, 7]. Поэтому разработка компьютерной модели процесса экстракции отработанной кислоты является актуальной задачей.

С точки зрения практики наибольший интерес представляют современные высокоэффективные процессы непрерывной экстракции, протекающие в условиях интенсивного массообмена [8]. Экстракцию отработанной кислоты следует рассматривать, как совокупность двух процессов: нитрование бензола, сопровождающееся снижением концентрации азотной кислоты и извлечение нитробензола в бензольный слой. При этом возникает проблема соответствия степеней превращения обоих процессов в стационарном режиме, наиболее характерном для непрерывных химических производств.

3. Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является разработка модели стационарного изотермического процесса экстракции отработанной кислоты, выявление факторов, влияющих на остаточную концентрацию нитробензола и азотной кислоты.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

- проведение системного анализа и декомпозиции объекта исследования на подсистемы;

- разработка и анализ моделей подсистем;

- синтез объединенной модели;

- исследование на модели системы влияния входных факторов на выходной - концентрацию азотной кислоты на выходе.

4. Декомпозиция и описание модели экстракции

На первом этапе была произведена декомпозиция объекта на подсистемы и рассмотрены отдельно модели процессов нитрования бензола и экстракции нитробензола.

Нитрование бензола - гетерогенная реакция, которая протекает в условиях интенсивного перемешивания [1]. Современные экстракционные аппараты содержат зоны интенсивного массообмена и отстоя и разделения фаз [8]. Учитывая это, принимали допущение, что в зоне массообмена реализуется гидродинамический режим идеального смешения, а в зоне отстоя и разделения, где нет перемешивания, химическая реакция (1) мгновенно останавливается. Это позволяет рассматривать закономерности нитрования только в зоне перемешивания, без учета продолжительности

разделения. При этом зону перемешивания можно рассматривать как реактор идеального смешения, для которого уравнение стационарного состояния имеет вид:

С - С

- W = 0,

(2)

где С0,С - концентрации азотной кислоты в массе на входе и на выходе из зоны перемешивания, кмоль-м-3; т - время пребывания массы в зоне, с; W - скорость реакции, кмоль-м-3-с-1.

Скорость гетерогенного нитрования бензола (W, кмоль м-3 с-1) в условиях идеального перемешивания описывается эмпирическим уравнением (3) [1, 9]:

W = 3,425-104 ■ Х1 ■ Х2 ■ (Х3 + 0,0252X3)х

8521-13,23

х(Х1 +1,56■ Х4-0,23■ Х5) т ,

(3)

где Х! - мольная доля азотной кислоты в кислотной фазе; Х2 - мольная доля бензола в органической фазе; Х3 - концентрация кислотной фазы в реакционной смеси, % об.; Х4 - мольная доля серной кислоты в кислотной фазе; Х5 - мольная доля воды в кислотной фазе; Т - температура массы, К.

Исходя из этих данных, задавая входные величины: мольные количества поступающих реагентов, температуру и время пребывания, а также начальное приближение степени превращения (р(0)), можно последовательно рассчитать все величины, входящие уравнения (2) и (3) [10] и численно решить уравнение (2) относительно р.

Для моделирования извлечения нитробензола использовали следующие соображения. Нитробензол малорастворим в отработанной кислоте, поэтому можно считать, что удерживание небольших количеств обусловлено неполнотой разделения за конечное время в непрерывном процессе. Исходя из этого, механизм извлечения можно представить следующим образом. При поступлении бензола в зону перемешивания образуется раствор нитробензола в бензоле. Далее в зоне отстаивания происходит разделение слоев бензольного раствора и отработанной кислоты, причем, последняя будет удерживать часть органики. Вводим допущение, что отработанная кислота на единицу массы удерживает одинаковые объемы органических жидкостей: нитробензола и бензольного раствора. Этот объем, очевидно, может изменяться в зависимости от конкретных условий проведения процесса: скорости потоков, устройства фазоразделителя и времени пребывания в нем.

5. Анализ моделей подсистем

Если система экстракции содержит несколько аппаратов, то процесс может быть организован двумя способами: прямоточным (потоки отработанной кислоты и бензола движутся в одном направлении) и про-тивоточным (потоки движутся в противоположных направлениях).

Сначала были отдельно проанализированы модели протекания нитрования бензола отработанной кислотой и экстракции нитробензола из отработанной кис-

т

лоты в прямоточной и противоточной схемах. Далее провели синтез модели целостного процесса.

5. 1. Нитрование в прямоточной и противоточной схемах

Прямоточная схема - это каскад последовательно соединенных реакторов. Для каскада, в соответствие с [11] стационарная концентрация на выходе из п-го реактора может быть рассчитана последовательным решением п уравнений:

ci-1 - с

- W(Ci) = 0 (i =1,2,...,n),

(4)

Рассчитав последовательно остаточные концентрации HNO3 (СЬ...,СП), вычисляли степень превращения в каждом реакторе и на выходе из системы.

Схема материальных потоков для произвольного i-го аппарата противоточной схемы представлена на рис. 1 (х - стационарный расход соответствующего компонента, кмоль на 1000 кг исходной отработанной кислоты)

НКОз IfcSCM Н;0

CíHiNO; СбНб

i

Xjr-3

X5Í-2

Х5М

X5¡

Х5М

Х5М.

X5i+3

XírH

X5W-5

к НКОз

•H;S04

- Н;0

- CsHsNO:

- СбНб

Рис. 1. Схема материальных потоков реактора в противоточной схеме

в) n уравнений скорости (4), в которых величины мольных и объемных долей выражаются через выходные расходы компонентов в каждом реакторе.

Составление и решение этой системы уравнений (а также систем, рассмотренных ниже) осуществляли в среде пакета прикладной математики Scilab, открыто распространяемого по лицензии GNU, с помощью скриптов, составленных нами на встроенном языке этого пакета.

Изучение сравнительной эффективности схем прямотока и противотока проводили на примере системы из трех реакторов, с использованием отработанной кислоты, содержащей 71 % серной кислоты и 0,5 % азотной кислоты, расход бензола 1 кмоль на 1000 кг кислоты, что соответствует рекомендациям [1]. Время пребывания в каждом реакторе (10 с) было подобрано, чтобы обеспечить в первом реакторе степень превращения 50-60 %. Результаты моделирования представлены в табл. 1.

Таблица 1

Степени превращения азотной кислоты, % при нитровании бензола отработанной кислотой при 50 оС в системе из

трех реакторов в зависимости от номера реактора (по ходу отработанной кислоты) и организации процесса

№ реактора 1 2 3

прямоток 58,2 81,9 92,1

противоток 57,5 82 92,4

Как следует из данных табл. 1, при прочих равных условиях схемы противотока и прямотока приводят к практически одинаковым степеням превращения на выходе из каждого реактора.

Для расчета стационарных расходов веществ (х) и конверсий (р, % в расчете на количество азотной кислоты на входе) в каждом реакторе противоточной схемы составляем замкнутую систему из 6п + 5 уравнений с таким же числом неизвестных. Эта система имеет следующую структуру:

а) 5 уравнений для расходов на входе в систему:

Х1 - aHNO3 = 0, Х2 - aH2SO4 = 0, Х3 - aH2O = 0, X5n+4 - aC6H5NO2 X5n+5 - aC,H, = 0,

(5)

= 0,

где анш3, ан^о4, ^ ас6н5ш2, ас6н6 - расх°ды на входе в систему азотной кислоты, серной кислоты, воды, нитробензола и бензола. При этом аС н ш = 0 ;

б)5п уравнений материального баланса с учетом реакции (1) - по 5 уравнений для каждого реактора:

X5i+1 pi ' aHNO3 = 0, X5i-3 - X5i+2 = 0,

5i+2 "

X5i+3 X5i-2 - aHNO ' (Pi - P -1) = 0,

X5i-1 X5i+4 - aHNO ' (Pi - P -1) = 0,

X5i+5 X5i - aHNO3 (pi - Pi-1 ) = 0 ;

(6)

5. 2. Экстракция в противоточной системе

Экстракцию нитробензола из отработанной кислоты исследовали на модели противоточного процесса. В соответствие с механизмом экстракции, рассмотренным выше, можно не учитывать количество и состав отработанной кислоты и рассматривать только потоки бензола и нитробензола. Схема материальных потоков представлена на рис. 2.

Рафинат

СбН;ХО

CsHsNO:

СбНб

Сб-Нб

Экстракт

Рис. 2. Схема материальных потоков итой зоны в модели противоточной экстракции

Для нахождения равновесных расходов реагентов х1-х4п+4 и расчета степени извлечения составляем

t

замкнутую систему из 4п+4 уравнений. Структура системы:

а) 4 уравнения для входных расходов:

Х _аок _о

Л1 лс6н5ш2 _ ">

2 а°6н6 _ 0,

х2 _ а

ч _ а

Б

С6Н5Н02

_ о,

(7)

^4п+4 аС,Н,

_ о,

где аок аок

^едш, > с6н6

входные расходы нитробензола и бензола в составе отработанной кислоты; аС н ш , аС н - входные расходы нитробензола и бензола в составе бензольного экстракта, при этом; аС н

0;

б) 4 уравнения для каждой из п зон. Для произвольной ¿-той ступени экстракции (по ходу отработанной кислоты):

- материальный баланс по нитробензолу:

х«_3 + х«+3 Х4И ^+1 _ 0 ;

- материальный баланс по бензолу:

Х4^2 + Х4i+4 _ Х4i _ ^+2 _ 0;

(8)

(9)

- равенство суммарного объема органики в рафи-нате объему удерживания:

.123 + ■ 78 _ V ; 1200 850 уд

(10)

- равенство отношений количеств компонентов в экстракте и рафинате:

(11)

Последнее уравнение удобнее использовать, приведя к виду:

Таблица 2

Зависимость степени извлечения (р) нитробензола из отработанной кислоты (0,5 % нитробензола) бензолом (1 кмоль/1000 кг кислоты) в зависимости от количества ступеней экстракции (п) в противоточной схеме

п=1 п=2 п=3

№ р % № р % № Р %

1 95,6 1 95,5 1 95,5

- - 2 99,8 2 99,8

- - - - 3 99,99

6. Синтез модели двухступенчатой противоточной экстракции отработанной кислоты в аппаратах идеального перемешивания

Исходя из результатов, изложенных в п. 5.1 и 5.2, мы провели синтез модели непрерывной противоточной экстракции отработанной кислоты с реализацией в каждой зоне режима идеального перемешивания и протекания реакции нитрования (1) в стационарном режиме. Схема материальных потоков проведена на рис. 3.

Ограбоганная кислота

ХИ-6

СШЙЧО: -СбШ

НКОз №504 №0

ХИ-Ъ

ХЦ-3

СбНзМО: СШб

хтг-1

хи

х7н

х7м

СйШО: СШб

НКОз №504 №0

Х1М,

ш

СбЕШОз СШб

Бензольный раствор

Рис. 3. Схема материальных потоков для модели противоточной экстракции-нитрование

,_ 0.

(12)

Используя эту модель, рассчитали степень извлечения нитробензола в чисто экстракционном процессе для систем, состоящих из 1, 2 и 3 ступеней экстракции. Заметим, что систему с 1 ступенью противоточ-ной экстракции можно одновременно рассматривать, как прямоточную систему. Результаты приведены в табл. 2. Как следует из этих данных, одной ступени экстракции недостаточно для извлечения нитробензола (остается около 4 % нитробензола). При двух ступенях разделения степень извлечения увеличивается до 99,8 %. Дальнейшее увеличение числа ступеней практически не влияет на степень извлечения.

Из выявленных закономерностей можно сделать следующие выводы для практики: для извлечения азотной кислоты и нитробензола на стадии экстракции следует использовать противоточную схему из двух ступеней экстракции-нитрования. Отметим, что ранее, на основании экспериментальных исследований, рекомендовано именно двухступенчатую схему экстракции в аппаратах колонного типа [1].

Для нахождения расходов компонентов (х) и степеней превращения в реакции нитрования (р) для модели составлена замкнутая система из 8п+7 уравнений. Структура системы:

а) 7 уравнений - расходы реагентов на входе в систему:

х _аок _0

Л1 ЛС6Н5Ш2 _ ">

Х2 _ а06Н6 _ 0, Х3 _ анш3 _ 0, Х4 _ аН^04 _ 0, Х5 _ ан20 _ 0, Х6 _ аБ6Н5Ш2 _ 0, Х7 _ аБ«Н, _ 0;

(13)

б) 5п уравнений материального баланса по компонентам по каждой ступени: - по азотной кислоте:

X 7i+3-aHNO3 ' (1 - Pi) = 0;

- по серной кислоте:

X7i+4 - X7i-3 = 0 ;

- по воде:

X7i+5 - X7i-2 + pi ' aHNO3 = 0;

- по нитробензолу:

X7i+6 + X7i+1 +Si-X7+1 =0;

- по бензолу:

X7i-5 + X7i+7 X7i X7i+2 -Si = 0,

(15)

(16)

(17)

(18)

где 8! - количество кмоль бензола (нитробензола) израсходовавшегося (образовавшегося) на ьтой ступени, равное количеству кмоль азотной кислоты, израсходованной на ьтой ступени:

^i = X7i-4 X7i+3;

(19)

в) 2п уравнений, связанных с механизмом экстракции:

- уравнение, выражающее постоянство удерживаемого объема бензольного раствора в отработанной кислоте после каждой ступени:

JlZiiL '123 + ' 78 - V = 0; 1200 850 уд-

(20)

- уравнение, выражающее на каждой ступени одинаковые составы бензольного раствора, удерживаемого отработанной кислотой и экстракта:

. = 0;

(21)

г) п уравнений скорости (4), в которых величины мольных и объемных долей выражаются через выходные расходы компонентов на каждой ступени.

Решая полученную систему при разных значениях входных переменных, исследовали их влияние на эффективность извлечения азотной кислоты путем нитрования и нитробензола путем экстракции.

Решив полученную систему при разных значениях входных переменных, исследовали их влияние на эффективность извлечения азотной кислоты путем нитрования и нитробензола путем экстракции

7. Исследование на модели влияния входных факторов на эффективность процесса

На первом этапе исследовали предельную эффективность извлечения нитробензола при полном превращении азотной кислоты. Для этого произвели расчет для очень большого времени пребывания (т=9000 с), когда степень превращения в реакции нитрования превышает 99,9 %. Как следует из данных табл. 3, при соотношении бензол: отработанная кис-

лота 1 кмоль на 1000 кг одной ступени недостаточно для полного извлечения нитробензола. При наличии 2 ступеней и более ступеней разделения извлечение становится практически количественным, начиная с п=2. Увеличение соотношения бензол - отработанная кислота даже до 4:1 не позволяет добиться такого извлечения, используя только одну ступень разделения.

Таблица 3

Влияние соотношения бензол: отработанная кислота и количества степеней разделения на степень извлечения нитробензола. Содержание нитробензола в исходной кислоте: 0,5 % масс

Бензол, кмоль/1000 кг отработанной кислоты 1 1 1 2 3 4

Количество ступеней 1 2 3 1 1 1

Степень извлечения, % 87,3 99,4 99,97 93,5 95,6 96,7

Таким образом, результаты моделирования свидетельствуют, что противоточная система экстракции отработанной кислоты должна содержать не менее двух ступеней разделения (и, соответственно, двух зон отстоя).

Важным с практической точки зрения является вопрос о режиме процесса, который обеспечивал бы содержание азотной кислоты после экстракции на заданном низком уровне. Учитывая, что при этом может изменяться концентрация серной и азотной кислот в отработанной кислоте, управляющими параметрами могут быть температура в системе и время пребывания, определяющее расход реагентов на входе. Опираясь на это, была модифицирована модель, рассмотренную выше, путем добавления в нее модуля, позволяющего рассчитывать время пребывания до достижения заданной остаточной концентрации HNO3 С = 0,05 г/кг.

зад

В этом модуле, используя метод дихотомии, решали численно относительно времени пребывания т уравнение:

C(t) - Сэад = 0,

(22)

где C(t) - расчетная концентрация азотной кислоты на выходе из системы, получаемая по алгоритму, описанному выше. Результаты расчета времени пребывания в зависимости от концентраций серной и азотной кислот во входной отработанной кислоте и температуры представлены в табл. 4. Как следует из этих данных, наиболее существенными факторами, влияющими на время пребывания, являются концентрация серной кислоты и температура. Особенно сильно влияет концентрация серной кислоты: при ее повышении от 65 до 71 % время пребывания снижается более, чем в 100 раз. Такое влияние серной кислоты связано с резким увеличением при этой концентрации гамме-товской кислотности и, соответственно, концентрации катионов нитрония [12].

С увеличением температуры наблюдается значительное снижение времени пребывания (более чем в 2 раза при увеличении температуры на 5 градусов). Напротив, увеличение начальной концентрации азотной кислоты в отработанной кислоте вызывает увеличение времени пребывания.

Таблица 4

Зависимость времени пребывания (с) до достижения остаточной концентрации HNO3 0,05 % в двухступенчатой противоточной схеме экстракции отработанной кислоты от концентраций серной и азотной кислот и температуры

На практике при проведении экстракции имеются ограниченные возможности регулировки и управления скоростью подачи реагентов и, следовательно, варьирования времени пребывания. Кроме того, несмотря на то, что нитрование проводят таким образом, чтобы получать не менее чем 70 %-ную отработанную кислоту, в последнюю добавляют кислую воду от промывки нитробензола, содержащую нитробензол.

Это приводит к снижению скорости нитрования и к неполноте извлечения азотной кислоты. Полученные результаты позволяют предложить режим, который в некоторой мере может гарантировать степень извлечения не ниже 99 %. Как следует из данных табл. 4, критическая концентрация серной кислоты составляет 67 %. При этой температуре еще возможно компенсировать снижение концентрации серной кислоты повышением (в разумных пределах) температуры в системе. В частности, если рассчитывать на самый неблагоприятный случай, когда после разбавления кислой водой до Сн 50 =67 % концентрация азотной кислоты в отработанной кислоте составит 2 %, для полного извлечения необходимо время пребывания в системе 987=1000 с, а с учетом двукратного запаса - 2000 с. Это составляет для одной ступени до 1000 с=33 мин. Такое время пребывания является технологически приемлемым.

8. Выводы

1. Разработаны и исследованы математические модели извлечения азотной кислоты и нитробензола производства нитробензола путем обработки бензолом, включающие нитрование и экстракцию. Модели представляют собой системы нелинейных алгебраических уравнений, описывающих стационарные процессы нитрования и экстракции.

2. Проведена декомпозиция системы на подсистемы «нитрование» и «извлечение», разработаны модели каждой стадии, проведен анализ и синтез объединенной модели, включающей одновременное описание стационарных процессов нитрования и экстракции, в виде системы нелинейных алгебраических уравнений. На основании анализа выявлена оптимальная организация процесса - двухступенчатая экстракция - разделение в противоточной схеме.

3. На модели изучено влияние входных параметров. Установлено, что на эффективность разделения сильно влияют температура и концентрация серной кислоты в отработанной кислоте и слабо - соотношение бензол: отработанная кислота.

4. Построена табличная зависимость времени пребывания в системе для достижения остаточной концентрации азотной кислоты на выходе 0,05 % от температуры, концентрации серной и азотной кислот в отработанной кислоте. На основе этой зависимости предложен режим процесса.

oC H2SO4, Концентрация HNO3 в отработанной кислоте г/кг

% 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2

65 13585 18548 21380 23071 24046 24536 24691 24611

66 5714 7814 9020 9748 10174 10396 10475 10455

67 2461 3370 3895 4215 4404 4505 4545 4541

0 68 1083 1484 1717 1860 1946 1992 2011 2011

69 486 666 771 836 875 897 906 907

70 221 304 352 382 400 410 415 415

71 103 141 163 177 186 190 192 193

65 7473 10235 11835 12812 13395 13711 13841 13840

66 3226 4426 5125 5556 5816 5962 6026 6033

67 1426 1958 2270 2464 2582 2650 2681 2687

5 68 643 884 1026 1115 1169 1201 1216 1220

69 295 406 472 513 539 554 561 563

70 138 190 221 240 252 259 263 264

71 65 90 105 114 120 123 125 125

65 4185 5749 6668 7241 7594 7797 7895 7918

66 1853 2550 2962 3220 3382 3477 3525 3540

67 839 1156 1344 1463 1538 1583 1607 1615

0 68 388 535 622 678 713 735 747 751

69 182 252 293 320 337 347 353 355

70 87 120 140 153 161 166 169 170

71 42 58 68 74 78 81 82 83

65 2384 3285 3821 4162 4378 4508 4578 4605

66 1082 1493 1739 1897 1998 2060 2094 2109

67 502 693 809 883 931 961 978 986

5 68 237 328 383 419 442 456 465 469

69 114 158 185 202 213 220 225 227

70 56 77 90 99 104 108 110 111

71 28 38 45 49 52 54 55 55

Литература

1. Беркман, Б. Е. Промышленный синтез ароматических нитросоединений и аминов [Текст] / Б. Е. Беркман. - М.: Химия, 1964. - 344 с.

2. Горелик, М. В. Основы химии и технологии ароматических соединений [Текст] / М. В. Горелик, Л.С. Эфрос. - М.: Химия, 1992. - 640 с.

3. Ворожцов, Н. Н. Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей [Текст] / Н. Н. Ворожцов. - М.: Госхимиздат, 1955. - 840 с.

4. Перевалов, В. П. Основы проектирования и оборудования производств тонкого органического синтеза [Текст] / В. П. Перевалов, Г. И. Колдобский. - М.: Химия, 1997. - 288 с.

5. Жилин, В. Ф. Синтез и технология нитропроизводных бензола и толуола [Текст] / В. Ф. Жилин, В. Д. Збарский // Рос. хим. журнал. - 2006. - Т. 50, № 3. - С. 104-115.

6. Quadras, P. A. Different modeling approaches for a heterogeneous liquid-liquid reaction process [Text] / P. A. Quadras, M. S. Reis // Industrial & Engineering Chemistry Research. - 2005. - Vol. 44, Issue 25. - P. 9414-9421. doi: 10.1021/ie050205m

7. Quadros, P. A. Benzene nitration: validation of heterogeneous reaction models [Text] / P. A. Quadros, N. M. C. Oliveira, C. M. S. G. Baptista // Chemical Engineering Science. - 2004. - Vol. 59, Issue 22-23. - P. 5449-5454. doi: 10.1016/j.ces.2004.07.107

8. Ягодин, Г. А. Основы жидкостной экстракции [Текст] / Г. А. Ягодин. - М.: Химия, 1981. - 400 с.

9. Biggs, R. D. Rate of nitration of benzene with mixed acid [Text] / R. D. Biggs, R. R. White // AIChE Journal. - 1956. - Vol. 2, Issue 1. - P. 26-32. doi: 10.1002/aic.690020106

10. Кондратов, С. А. Модель процесса непрерывного нитрования бензола в реакторе идеального перемешивания [Текст] / С. А. Кондратов, М. Д. Аль Хамадани // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2014. - Т. 2, № 6(68). -С. 16-22. - Режим доступа: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/23334/20990

11. Кафаров, В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии [Текст] / В. В. Кафаров. - М.: Химияб 1985. - 448 с.

12. Schiefferle, D. Heterogeneous Nitration of Benzene [Text] / D. Schiefferle, C. Hanson, L. Albright // Industrial and Laboratory Nitrations; ACS Symposium Series. - Washington: American Chemical Society, 1976. - 179-194.

-□ □-

В роботi охарактеризовано особливостi виготовлення пористих полiмерних виробiв. Розроблено технологiчний процес виготовлення пористог iзоляцiйноi оболонки електричного кабелю з полiвiнiлхлориду методом екструзп. Дослгджено структуру та експлуатацшш вла-стивостi пористог оболонки. Проаналiзовано залежностi експлуатацйних характеристик пористог оболонки вiд типу та вм^ту пороутворювача. Показано, що одержана iзо-ляцйна оболонка вiдповiдаe втчизняним та мiжнародним вимогам

Ключовi слова: пороутворювачi, пори-стi оболонки, екструзiя, iзоляцiя кабелю, полiвiнiлхлорид, стутнь пористостi, експлуатацшт властивостi, структура

□-□

В работе охарактеризованы особенности изготовления пористых полимерных изделий. Разработан технологический процесс изготовления пористой изоляционной оболочки электрического кабеля из поливинилхлорида методом экструзии. Исследована структура и эксплуатационные свойства пористой оболочки. Проанализированы зависимости эксплуатационных характеристик пористой оболочки от типа и содержания порообразо-вателя. Показано, что полученная изоляционная оболочка соответствует отечественным и международным требованиям

Ключевые слова: порообразователи, пористые оболочки, экструзия, изоляция кабеля, поливинилхлорид, степень пористости, эксплуатационные свойства, структура -□ □-

УДК 678.71

|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.43746|

ОЦ1НКА ЕФЕКТИВНОСТ1 ВИРОБНИЦТВА ТОНКОСТ1ННИХ ПОРИСТИХ ОБОЛОНОК МЕТОДОМ ЕКСТРУЗП

Т. Га рбач

Кандидат техычних наук, доцент Кафедра полiмерних процеав Люблшська полЬехшка вул. Надбистрицька, 36, м. Люблш, Польща, 20-618

E-mail: [email protected] В. В. Краонський Кандидат техшчних наук, старший викладач* E-mail: [email protected] О. В. Суберляк Доктор хiмiчних наук, професор, завщувач кафедри* E-mail: [email protected] Л. Дулебова Кандидат техычних наук, доцент Кафедра технолопй i матерiалiв Техшчний ушверситет Кошице вул. Масярська, 74, м. Кошице, Словаччина, 040-01 *Кафедра хiмiчноT технологи переробки пластмас Нацюнальний уыверситет "Львiвська пол^ехнка" вул. С. Бандери, 12, м. Львiв, УкраТна, 79013

1. Вступ

Екструзiя пористих матерiалiв вiдрiзняeться вщ екструзп традицшних полiмерiв тим, що вирiб в про-цеа переробки отримуе двофазову структуру поль мер-газ з маленькими та рiвномiрно розподшеними бульбашками газу. Пористу структуру отримують зав-

дяки додаванню до вихщно! сировини пороутворювача у виглядi шертного газу, рвдини з низькою температурою китння або твердого пла, яке перебуваючи в рвдкому або твердому сташ, переходить в газ за визна-чених умов процесу екструзп.

Внаслвдок екструзп полiмерiв з пороутворенням отримують вироби з новими фiзичними та технолопч-

©