Ученые ТПУ помогают сделать безопаснее для окружающей среды высокотоксичное производство сырья для моющих средств
Разработка поддержана конкурсом «Постдок ТПУ как аналог докторантуры». По словам руководителя проекта, научной сотрудницы управления проректора по научной работе и инновациям Ирэны Долгановой, процессы алкилирования с использованием жидких кислотных катализаторов широко распространены как в России, так и за рубежом. Алкилирование используется, например, при изготовлении сырья для моющих средств, полимерной продукции, компонентов топлив. Особенно установки алкилирования распространены в Китае и Индии. Однако это очень токсичное производство. В рамках исследования политехники планируют снизить потребление токсичных катализаторов, используя методы математического моделирования.
«Основная проблема на производствах состоит в том, что процессы алкилирования могут протекать не в оптимальных областях, активность катализаторов при образовании кислоторастворимых тяжелых ароматических соединений может изменяться, что, в конечном итоге, приводит к снижению выработки и качества целевого продукта. Необходимо привести параметры проведения процессов к оптимальным значениям. Для этого необходимо создать модель физико-химического процесса и откорректировать ее по различным параметрам. Именно этим мы и занимаемся, но при этом основная фишка наших моделей в том, что мы учитываем нестационарность процессов. Ведь в ходе протекания каталитического процесса происходят определенные изменения. Большинство программных продуктов, присутствующих на рынке, могут учесть эти изменения через регрессионные уравнения, мы же рассматриваем механизм изменения активности катализатора», — говорит Ирэна Долганова.
Добавим, в рамках проекта используется установка алкилирования бензола олефином, изучаются процессы алкилирования бензола высшими олефинами, этиленом (для получения этилбензола) и сернокислотное алкилирование. Однако научный подход, созданием которого заняты политехники, позволит уменьшать количество и других высокотоксичных катализаторов, вовлекаемых в процессы алкилирования.
«Существует такое понятие, как активность катализатора. Чем он активнее, тем быстрее проходит процесс превращения одного вещества в другое. В нашем случае — способствует производству алкилатов. Но при большой активности катализатора быстро протекают не только основные реакции, но и побочные. И последние образуют вещества, из-за которых активность катализатора начинает снижаться, что может привести к снижению выхода продукции. В то же время, если катализатор будет малоактивным, то и побочные реакции будут активироваться меньше, и конечный выход будет снижаться.
Наша задача — сделать так, чтобы активность и расход катализатора были оптимальны. Для установления параметров, соответствующих оптимальной активности, мы создаем физико-химическую модель, схему превращения, закладываем информацию в систему дифференциальных уравнений, вносим все данные в программу, проводим расчеты и получаем решение, которое позволяет не только поддерживать оптимальную активность, но и снизить объем опасных веществ. И это будет общий подход»,— подчеркивает руководитель проекта.
Отметим, данные, которые ученые Томского политеха используют для построения моделей, они получают от известных индустриальных партнеров: нефтеперерабатывающих предприятий, выпускающих автомобильный бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, мазут, продукты нефтехимии и многое другое.
«Очень важно, что это данные с реального производства, ведь даже если у вас есть какие-то лабораторные установки, вы можете моделировать, получать какие-то результаты, приближенные к истине, но, когда все это масштабируется до промышленных производств, — все меняется», — поясняет Ирэна Долганова.
Полную версию статьи, посвященной исследованию, можно прочитать в номере газеты «За кадры».
Источник: Служба новостей ТПУ