Томские ученые оптимизировали технологию производства ключевых ингредиентов моющих средств
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали комплексную математическую модель процесса сульфирования алкилбензолов — ключевых ингредиентов современных бытовых и промышленных моющих средств. С ее помощью установлены оптимальные характеристики конструкции, позволяющие повысить эффективность процесса и значительно сократить число остановок и промывок химреакторов.
Алкилбензолсульфоновая кислота (АБСК) — один из важнейших ингредиентов синтетических моющих средств. В последние годы интерес к формулам на основе АБСК значительно вырос из-за их биоразлагаемости, высокой моющей способности и возможности применения в широком диапазоне условий. Один из основных методов производства АБСК — сульфирование линейных алкилбензолов с помощью триоксида серы — обладает рядом недостатков, среди которых образование побочных продуктов, таких как высоковязкие компоненты (ВВК). Подобные вещества накапливаются на стенках труб реактора, увеличивают сопротивление массо- и теплопереносу и, в конечном итоге, дезактивируют реакционную среду, что приводит к периодическим остановкам реактора для промывки и ухудшению товарных свойств продукта. Это приводит к снижению общей производительности и увеличению эксплуатационных расходов.
«Существующие научные исследования посвящены, в основном, химии сульфирования и характеристикам как желаемых, так и нежелательных продуктов реакции. Тогда как недостаточно внимания уделялось роли конструкции реактора в смягчении образования ВВК и улучшении долгосрочной стабильности процесса», — рассказала один из авторов статьи, младший научный сотрудник отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Ирэна Долганова.
Целью исследования политехников стала разработка и применение комплексной математической модели процесса сульфирования АБСК. Модель учитывает дезактивацию реакционной среды, подробную кинетику реакции, массо- и теплоперенос. Она используется для определения того, как геометрические параметры реактора сульфирования, такие как количество и диаметр реакционных трубок, влияют на равномерность распределения потока, эффективность массопередачи и накопление ВВК.
«Разработанная нами модель также учитывает поведение реакционной среды в условиях дезактивации и применима для определения оптимальных рабочих условий для переработки различных типов алкилбензольного сырья в реакторах сульфирования», — отметила Ирэна Долганова.
Адекватность модели проверена с использованием промышленных эксплуатационных данных, собранных на действующем производстве алкилбензолсульфокислот в течение длительного периода. На основе полученных результатов моделирования и сравнения с промышленными данными получены оптимальные параметры конструкции реактора, которые минимизируют образование ВВК при сохранении высокого выхода продукта и повышения общей эффективности процесса.