/>/>СОДЕРЖАНИЕ
1.Информационный поиск
2. Концептуальное описание схемы переэтерификациидиметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль (мет) акрилатом
3. Конструктивно-функциональный анализ лабораторного реакторадля проведения переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновойкислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом
4. Функционально-физический анализ ТО
5. Анализ технологического процесса переэтерификациидиметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислотымоноэтиленгликоль(мет)акрилатом
6. Постановка задачи поиска нового технического решения
7.Синтез с помощью эвристических приемов
8. Морфологический анализ процесса и аппарата для проведения переэтерификации
9. Морфологический синтез
Выводы
Введение
История развитиячеловечества — это прежде всего история изобретения, создания исовершенствования различных изделий и технологий, другими словами — процессаинженерного творчества (ИТ). Результатами ИТ чаще всего являются новые, болеесовершенные и эффективные технические объекты и технологии.
Техническим объектом (ТО) называется созданное человекомили автоматом реально существующее устройство, предназначенное дляудовлетворения определенной потребности.
Каждый ТО может бытьпредставлен определенным иерархически соподчиненными описаниями. На самойнижней ступени данной иерархической структуры стоит потребность, или функцияТО. Это понятие должно рассматриваться достаточно подробно, иначе ошибка науровне постановки потребности может привести к созданию невостребованноготехнического проекта.
Выявление потребности в ТО.
Потребность- общепринятое и краткое описание наестественном языке назначения ТО или цели его создания. При описаниипотребности отвечают на вопрос о том, какой результат желают получить, какимособым условиям и ограничениям при этом нужно удовлетворить.
Можно ответить на этотвопрос с позиции темы магистерской диссертации: «Синтез фосфорсодержащихметакрилатов на основе диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты».
В настоящее времяактуальной является задача получения полимеров с пониженной горючестью,перспективных для применения в строительстве, технике и прочих отраслях, атакже “оптимальный” синтез таких соединений. В магистерской диссертациирассматривается способ получения мономеров для получения таких полимеров, аименно переэтерификацией диметилового эфира β-циано-этилфосфоновой кислотымоноэтиленгликольметакрилатом .
Описание любойпотребности формализованно можно представить в виде трех компонентов:
/>
где D –указание действия, производимогорассматриваемым ТО и приводящего к желаемому результату, т.е. к удовлетворению(реализации) интересующей потребности; G– указание объекта, на который направлено действие D,H— указание особых условий и ограничений, при которыхвыполняется действие D.
Представим это в таблице:
Таблица 1 Описание потребности в рассматриваемом ТОНаименование ТО D G H Мономеры и полимеры с пониженной горючестью Снижение горючести полимерных материалов Горючие полимеры Внедрение фосфора в структуру полимеров
Для получения сведений оданном техническом решении и об его аналогах был произведен информационныйпоиск, который позволил получить сведения о новейших достижениях в требуемойпредметной области и исключить дублирование исследований и разработок. На егоосновании можно сделать вывод о том, что все предыдущие исследования былипосвящены реакциям фосфорилирования других органических веществ.
Таким образом,поставленная цель исследования и синтеза фосфорсодержащих метакрилатов наоснове диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты являетсяактуальной и востребованной.
1. Информационныйпоиск
При выполнениинаучно-технических разработок и исследований составной частью деятельностилюбого инженера и ученого является поиск и обработка источников информации.
Чтобы создавать новые, науровне мировых образцов изделия, нужно быть на переднем крае науки и техники,профессионально владеть информацией в области своей специализации, быть информированнымв смежных областях.
Фактически требуемая иполезная для решения конкретной инженерной задачи информация получается врезультате работы огромного количества специалистов из различных областейзнания, она рассеяна по множеству источников, непрерывно пополняется икорректируется. Качественно выполненный информационный поиск позволяетвооружить инженера новейшими достижениями в требуемой предметной области.
Наиболее характерным вдеятельности инженера является тематический информационный поиск, которыйвключает в себя в качестве элементов документальный и фактографический поиск, атакже аналитическую переработку полученной информации.
Информационный поискпредполагает решение следующих задач:
1. выявлениеинформационной потребности;
2. постановка задачипоиска информации;
3. поиск источниковинформации;
4. выбор информациииз источников;
5. переработкаинформации к виду, удобному для использования при решении его основнойнаучно-технической задачи.
Составной частьюинформационного поиска является проведение патентных исследований.
Целью патентныхисследований является получение исходных данных для обеспечения высокоготехнического уровня и конкурентноспособности объекта техники, использованиесовременных научно-технических достижений, исключение неоправданногодублирования исследований и разработок
Таблица 2 Основные параметрырегламента поиска
Предмет
поиска
Цель поиска
информации
Страна
поиска УДК
МКИ,
НКИ
Ретроспективность
поиска
Наименование
источников,
по которым
проводится
поиск Фосфорсодержащие акрилаты и другие фосфорсодержащие мономеры
Поиск
методов
синтеза
фосфорсодержащих мономеров США
C07C103/79
C07C101/00
C07C101/72
C07C049/76
C07C049/84
A01N009/24
C07C049/44
http:/patft.uspto.
gov-американская патентная
база
Таблица 3 Патентная документация,отобранная для анализаПредмет поиска
Страна выдачи,
вид и номер
охранного документа, классификационный индекс
Заявитель с
указанием
страны, номер заявки,
дата
публикации
Сущность
заявленного
технического
решения и
цели его
создания
Сведения
о действии
охранного
документа
или
причина
аннулирования Фосфорсодержащие акрилаты и другие фосфорсодержащие мономеры
США
США
США
США
Valdiserri; Leo L.; Belpre; Номер патента- 298967
Дата публикации-
15 Mar 1983
E.N. Allen, Faesingers R.F.
Номер патента-3969440
Дата публикации-
13 дек. 1977
H.Y. Coover
Номер патента-2790823
Дата публикации-
5 авг. 1960
Steckler Robert
Номер патента-3855364
Дата публикации-
15 окт. 1975
Получение фосфорсодержащих изоцианатных олигомеров
Фосфорсодержащие акриловые эфиры и амиды
Акриловые эфиры, содержащие фосфонамидную группу
Фосфатные эфиры гидроксиалкилакрилатов и гидроксиалкил метакрилатов
2. />Концептуальное описание схемы переэтерификации диметилового эфираβ-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом
В колбу Кляйзена,снабженную водяным холодильником, помещают диметилового эфираβ-цианоэтилфосфоновой кислоты. Добавляют моноэтиленгликольметакрилат(МЭГ), а также около 1 % гидрохинона для ингибирования реакции полимеризацииМЭГа. Нагревают силиконовую баню до ~150°С и выдерживают эту температуру втечение 5-6 часов.
По мере протеканияреакции переэтерификации, проходя через водяной холодильник, конденсируютсяпары метанола, который собирается в приемник.
/>
В качестве побочной можетвыступать реакция самопроизвольной полимеризации МЭГ при повышенных температурах:
/>
3. Конструктивно-функциональный анализ лабораторногореактора для проведения переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновойкислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом
/>
Рис.1 Лабораторный реактордля проведения переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновойкислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом
КФА выполняется в 3 стадии:
· Вначале выбранный для анализатехнический объект декомпозируется на отдельные элементы, в зависимости отпотребности задачи и с учетом системных свойств объекта;
· На второй стадии для каждого элементаформулируется одна или несколько функций, также в зависимости от проектнойситуации;
· На третьей стадии результаты анализадля наглядного представления изображаются графически.
Таблица 4 КФАлабораторного реактора для проведения переэтерификацииЭлемент ТО Функция элемента Обозн. Наименование Обозначение Описание (D,G,H) Е0 Колба Кляйзена Ф00
Создает объем для проведения химического
взаимодействия Ф01 Передает тепло от теплоносителя к реакционной массе Ф02 Передает воздействие массы емкости с реакционной смесью V1 на стол Е1
Водяной
холодильник Ф11
Создает пространство для циркуляции
теплоносителя (воды) Ф12
Предотвращает “унос” реакционной
массы из реактора Е2 Горло для ввода сырья Ф21 Подводит реакционную массу из окружающей среды в реактор Е3
Горло для вывода реакционной
массы Ф31
Выводит реакционную массу
в приемник Е4
Горло реактора
для установки
холодильника Ф41
Служит “соединительным звеном”
реактора и холодильника Е5 Электроплитка Ф51
Создает пространство для установки
нагревательной бани Ф52
Передает тепло от электроплитки
к нагревательной бане Е6
Нагревательная
баня Ф61
Создает пространство для
лабораторного реактора Ф62
Передает тепло от нагревательного
устройства к реактору Ф63
Равномерное распределение тепла,
передаваемого к реактору Е7
Патрубок для входа теплоносителя
(воды) Ф71
Подводит теплоноситель из окр. среды
к холодильнику (Е1) Ф72
Рассредоточивает теплоноситель (воду)
в холодильнике (Е1) Е8
Патрубок для выхода теплоносителя
(воды) Ф81
Отводит теплоноситель из холодильника
во внешнюю среду Ф82
Сосредотачивает теплоноситель (воздух)
холодильника W1 Реакционная масса Фv01 Занимает полезный объем реактора (Е0) W2
Теплоноситель
среды (вода) Фv02 Принимает тепло от холодильника Фv12
Переносит тепло из холодильника в
окружающую среду
Изобразим КФСлабораторного реактора для проведения переэтерификации диметилового эфираβ-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом:
/>
Рис.2 КФС лабораторногореактора для переэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновойкислоты моноэтиленгликоль(мет)акрилатом
Таблица 5 Экспертнаяоценка недостатков элементов ТО
Обозначение
элемента ТО
Обозначение
функции
элемента Экспертная оценка элементов Недостатки элемента Оценка Е0 Ф00 ____________ 10 Е1 Ф11 Неравномерность циркуляции теплоносителя 9 Е2 Ф21 ____________ 10 Е3 Ф31 ____________ 10 Е4 Ф41
Возможная негерметичность
соед-й реактора и
холодильника 8 Е5 Ф52 Возможность перегрева реактора 8 Е6 Ф63 _____________ 10 Е7 Ф71 _____________ 10 Е8 Ф81 _____________ 10 4. Функционально-физический анализ ТО
Особенностью функционально-физическогоанализа является то, что при его проведении учитывается физическая сущностьтехнического объекта, которая является наиболее понятной для человекаабстрактной моделью.
Для проведения ФФАиспользуется многократное, ступенчатое формулирование задачи с постепенноувеличивающейся степенью конкретности.
Объекты материальногомира, взаимодействуя, вызывают протекание физических процессов, которые можноописать физическими операциями (ФО).
Физические операции (ФО)могут быть реализованы с помощью одного физико-технического эффекта (ФТЭ).Описание ФТЭ ведется на основе анализа выделенных ФО элементов.
Таблица 6 Описание ФТЭ,действующих в схеме переэтерификации диметилового эфираβ-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль (мет)акрилатом
Наименование элементов
объекта Физико-технический эффект
Математический закон,
описывающий ФТЭ
и его формула /> />
Входное воздействие (А)
на элемент
Физический
объект (В)
Выходное воздействие (С)
элемента /> Е0
Сила Р0
(вес) Твердое тело Сила реакции R0
Эффект равновесия сил
Р0=- R0 /> Сила реакции R1 жидкость Сила Р1 (вес)
Эффект равновесия
R1=-Р1 /> Е1
Поток теплоноси теля W2,
скорость V1н жидкость
Поток теплоносителя W2,
скорость V2н
Массовый расход
М0=w0·f·r /> Сила Р2 (вес) твердое тело Сила реакции R2
Эффект равновесия
R2=-Р2 /> Е2
Поток реакц.
массы W1,
давление P2н Жидкость
Поток реакц.массы
W1, давление Р2к
Закон Бернулли
p/rg+r+2/2p=c /> E3
Поток реакц.
массы W1,
давление P2н газ
Поток реакц.
массы W1,
давление P2н
Закон Бернулли
p/rg+r+2/2p=c
Массовый расход
М=а•f•r /> E4 Сила Р3 (вес) Твердое тело Сила реакции R3
Эффект равновесия
R3=-Р3 /> Сила реакции R4 Твердое тело Сила Р4 (вес)
Эффект равновесия
R3=-Р3
Е5
Теплота Q1, Дж,
темп-ра Т1,0С Твердое тело
Теплота Q2, Дж,
темп-ра Т2,0С
Закон теплового баланса
Q1=Q2+∆
Сила реакции R5 Твердое тело Сила Р5 (вес)
Эффект равновесия
R5=-Р5 /> Е6
Теплота Q2, Дж, темп-ра
Т2, К жидкость
Теплота Q3, Дж, темп-ра
Т3, К
Закон теплового баланса
Q2=Q3+∆ /> Темп-ра Т2, К Твердое тело
Относительная
деформация
Тепловое расширение
А=l/l0t /> Сила Р6 (вес) твердое тело Сила реакции R6
Эффект равновесия
R6=-Р6 /> Е7
Поток теплоносителя W2,
давление P3 жидкость
Поток теплоносителя W2,
давление P3
Массовый расход
М=а•f•r /> Е8
Поток теплоносителя W2,
давление P4 жидкость
Поток теплоносителя W2,
давление P4
Массовый расход
М=а•f•r /> W1 Тепл. энергия Q3, твердое тело, жидкость Тепл. энергия Q3-∆ Закон теплового баланса />
Поток реакц.
массы W1 твердое тело, жидкость
Поток реакц.
массы W1 Теплопроводность веществ /> W2 Тепл. энергия Q4 твердое тело, газ Тепл. энергия Q4-∆ Закон теплового баланса />
Основные параметрыпроцесса:
· Т-температурареакционной массы;
· С(эфира)-концентрациядиметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислоты;
· τ- времяреакции;
· С(МЭГ) –концентрация моноэтиленгликольметакрилата
· C(гидрохинона)- концентрация гидрохинона.
Недостатками даннойсхемы переэтерификации являются:
1) Длительное время реакции из-за недостаточнойактивности исходных реагентов;
2) Практически невозможно прогнозироватьколичественный выход продукта из-за сложной качественной зависимости отпараметров процесса.
3) Возможно осмоление и полимеризация целевогопродукта
4) Наряду с основной реакцией можетпротекать полимеризация МЭГ.5.Анализ технологического процесса переэтерификации диметилового эфираβ-цианоэтилфосфоновой кислоты моноэтиленгликоль (мет)акрилатом
Проведем анализ реакциипереэтерификации диметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислотымоноэтиленгликоль(мет)акрилатом.
Таблица 7 Анализ технологического процессапереэтерификацииНаименование элемента Функция элемента Механизм действия Математическая модель Экспертная оценка Недостатки
Диметиловый эфир
C5H10NO3Р Реагент см. раздел Концептуальное описание схемы переэтерификации
Параметры, которыми можно
влиять на кинетическое
уравнение: С, t, ф, 10
“объемность”
молекулы
МЭГ
С6Н10О3 реагент для переэтерификации 9 Повышенная склонность к полимеризации Гидрохинон Ингибитор полимеризации 8
Недостаточное ингибирование
полимеризации МЭГ
Совокупность указанныхнедостатков различных стадий рассматриваемой химической реакции позволяетвыявить ее основной и наиболее существенный недостаток — низкую скоростьреакции, а, следовательно, большое время проведения синтеза. Это обусловленонизкой концентрацией активных молекул и малым числом их эффективных актоввзаимодействия, приводящих к образованию целевого продукта, а также склонностьюмолекул МЭГа вступать в реакцию полимеризации./>/>6. Постановка задачи поиска нового техническогорешения
Для реактора:
1) Недостаток — большоевремя реакции;
2) Элемент системы,ответственный за этот недостаток — водяной холодильник;
3) Параметры этогоэлемента – длина, форма теплопередачи водяного холодильника;
4) Ввести в систему водянойхолодильник большей длины и более сложной формы (например, шариковый,змеевиковый, многоходовой или другой), для того, чтобы эффективнее “уходили” изреактора пары метанола, который сдвигает равновесие в обратную сторону итормозит процесс.
/>
5) Конфликт междупоказателями качества: улучшение отвода теплоты паров метанола за счетувеличения поверхности теплообмена в холодильнике приводит к возрастаниюгидравлического сопротивления холодильника, и, как следствие, к затруднениюотвода метанола.
6) Функциональныйконфликт: чтобы улучшить теплоотвод от паров метанола, необходимо использоватьхолодильник, не создающий повышенного гидравлического сопротивления.
7) Конфликт свойств:холодильник должен быть таким, чтобы при максимальном теплоотводе сопротивлениедвижению метанола было минимальным.
8) Таким образом, длярешения этих конфликтов, необходимо использовать не один длинный холодильниксложной формы, а систему нескольких n коротких холодильников более сложной формы, например, так:
При этом используетсяприем №5: изменить условия, в которых находится узловой элемент таким образом,чтобы его различные части имели различные значения параметра, указанного вформуле конфликта свойств – то есть применение шарикового холодильника,различные части которого имеют бо́льшую поверхность теплообмена ипониженное гидравлическое сопротивление.
Показатель эффективностиТС, улучшаемый при этом – увеличение скорости конденсации и количествасконденсированного метанола, и, как следствие, сокращение времени реакции.
Для процесса:
1) Недостаток — низкийвыход процесса;
2) Элемент системы,ответственный за этот недостаток – моноэтиленгликольметакрилат (МЭГ);
3) Один из параметровэтого элемента – склонность этого вещества к побочной реакции полимеризации;
4) Необходимо понизитьактивность элемента системы — моноэтиленгликольметакрилата.
5) Конфликт междупоказателями качества: со снижением активности МЭГ в побочной реакцииполимеризации, падает также его активность и в основной реакциипереэтерификации.
6) Функциональныйконфликт: необходимо избирательно понизить активность МЭГа в побочной реакции,и повысить (или оставить прежней) в основной реакции.
7) Химический конфликтсвойств: необходимо придать моноэтиленгликолю свойства низкой полимеризуемости,и одновременно реакционоспособность при взаимодействии с эфиром.
8) Необходимо применитьприем № 9: включить узловой элемент в состав системы, которая характеризуетсяодним значением параметра, указанного в формуле конфликта свойств, а узловойэлемент — другим значением, то есть, ввести МЭГ в систему, придающую МЭГунизкую способность к полимеризации (содержащую ингибиторы полимеризации).
9). Показатель эффективности ТС,который при этом увеличился — выход реакции, за счет снижения доли побочнойреакции.
/>/>7. Синтез с помощью эвристическихприемов
Синтез с помощьюэвристических приемов проведем благодаря автоматизированнойинформационно-поисковой системе. Уровень проектирования — химическая система.
Таблица 8 Синтез решений с помощьюэвристических приемовНедостаток ТС Улучшаемый параметр Ухудшающийся параметр Описание эвристического приема Конкретные предложения для ТС Низкий выход продукта Снижение реакционной способности МЭГа в побочной реакции Понижение реакционной способности в основной реакции
Эвристический прием №7:
Изменить алгоритм функционирования. Например, использовать принцип
предварительного действия-антидействия.
Заранее выполнить требуемые действия, или, наоборот, антидействия.
При этом а) требуемое действие или антидействие выполнить заранее полностью или частично
б) использовать предварительное изменение реакционной способности молекул
в) компенсировать невысокую (высокую)
реакционную способность введением
катализаторов, инициаторов (ингибиторов, стабилизаторов) комплексообразователей, регуляторов и т.д.
Введение ингибитора гидрохинона (>1 %)
для ингибирования полимеризации МЭГа Низкий выход продукта Снижение реакционной способности МЭГа в побочной реакции Понижение реакционной способности в основной реакции
Эвристический прием N 11:
Принцип прерывности-непрерывности. Перейти от непрерывного действия к прерывному и наоборот. Использовать импульсную технологию. Обеспечивая непрерывность, устранить холостые
и промежуточные ходы. Для достижения
единства прерывности и непрерывности заполнить паузы одного
действия другим действием. Следить за
согласованием ритма
внутренних и внешних
процессов. Изменить
время существования
комплексов, промежуточных продуктов за счет специфической сольватации,
повышения (понижения) температуры и т.д Сначала разогреть греющую баню до температуры реакции (150 °С), и только затем погружать в нее реактор Большое время реакции Продолжительность реакции Производительность
Эвристический прием N 18:
Изменение химической
реакционной способности. Изменить
свойства молекулы
введением функциональных групп
с тем или иным мезомерным, индуктивным или стерическим эффектом.
Изменить температуру,
применить катализаторы, растворители или их смеси, краун-эфиры, комплексообразователи Для активации реакции применить ионообменные смолы – катиониты (КУ-1, КУ-2)
Таблица 9 Технические функциифизических эффектов№ Элемент ТФ ФЭ
Конкретная
реализация 1 электроплитка
повышение
температуры нагревание тела
изменение температуры
тела под действием
тепловой энергии, подведенной к телу или отведенной от него. Изменение
температуры пропорционально
количеству теплоты и определяется
удельной теплоемкостью тела. 2 электроплитка
повышение
температуры
Явление
Томсона
Выделение или
поглощение тепла (избыточного над
Джоулевым) при
прохождении тока по неравномерно
нагретому однородному
проводнику
или
полупроводнику 4 электроплитка
повышение
температуры
Фазовые
переходы
первого рода
изменение
плотности,
агрегатного
состояния
веществ при
определенной
температуре,
сопровождающееся
выделением или
поглощением
тепла 8. Морфологический анализ процесса и аппарата/> для проведения переэтерификации
Таблица 10 Оценка вариантовтехнических решений (1)Наименование элемента Оценка по категориям Экономичность Простота конструкции Надежность Теплопередающее устройство А11 Воздушная баня 6 7 8
А12 Глицериновая
баня 3 5 5 А13 Масляная баня 2 3 5 Материал реактора А21 Тюрингское стекло 8 7 1 А22 Иенское боросиликатное стекло 5 6 5
А23 Иенское стекло
разотерм 3 6 7 А24 Кварцевое стекло 1 3 7 Форма реактора А31 Круглый 6 8 6 А32 Грушевидный 5 5 5 А33 Эллиптический 2 3 5 Холодильник водяной А41 Прямой 8 8 7 А42 Обратный 6 5 6
А43 Обратный со
змеевиком внутри 2 2 6
Таблица 11Оценка вариантовтехнических решений (2)Наименование элемента Критерии оценки Селективность Время реакции Выход Холодильник Обратный 5 5 6 Шариковый 5 7 7 Змеевиковый 5 7 6 Состоящий из нескольких коротких шариковых 5 8 8 МЭГ А21 Химически чистый 6 6 5 А22 МЭГ, содержащий разл. примеси 3 4 3 Ингибитор А41 Cu 4 3 3 А42 Гидрохинон 8 6 6 Тип реакции
А51 Гомофазная
ж-ж 6 5 5 Температура процесса А61 150 0С 7 7 6 А62 130 0С 4 3 2 9. Морфологический синтез
Для реактора получено 216 комбинаций.
По экономичности:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Силиконовая баня: 6 Силиконовая баня:6
Тюрингское стекло: 8 Тюрингскоестекло: 8
Круглый: 6 Круглый: 6
Система шариковых: 8 Шариковый: 6
У=28 У=26
По простоте конструкции:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Силиконовая баня: 7 Силиконовая баня:7
Тюрингское стекло: 7 Тюрингскоестекло: 7
Круглый: 8 Круглый: 8
Обратный: 8 Шариковый: 5
У=30 У=27
По надежности:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Силиконовая баня: 8 Силиконовая баня:8
Иенское стекло разотерм: 7 Иенскоестекло разотерм: 7
Круглый: 6 Круглый: 6
Система шариковых: 7 Шариковый: 6
У=28 У=27
Для процесса: 32 комбинаций
По селективности:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Эфир с конц. не менее 98%: 5 Эфир сконц. не менее 98%: 5
МЭГ ХЧ: 6 МЭГ ХЧ: 6
Cu: 5 Cu: 5
Гидрохинон: 8 Гидрохинон: 8
Гомофазная ж-ж: 6 Гомофазная ж-ж: 6
1500С: 7 1300С:4
У=37 У=34
По времени пребывания:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Эфир с конц. не менее 98%: 6 Эфир сконц. не менее 98%: 6
МЭГ ХЧ: 6 МЭГ ХЧ: 6
Cu: 5 Cu: 5
Гидрохинон: 6 Гидрохинон: 6
Гомофазная ж-ж: 5 Гомофазная ж-ж: 5
1500С: 7 1300С:3
У=35 У=31
По степени конверсии:
1-я комбинация: 2-я комбинация:
Эфир с конц. не менее 98%: 6 Эфир сконц. не менее 98%: 6
МЭГ ХЧ: 5 МЭГ ХЧ: 5
Cu: 5 Cu: 5
Гидрохинон: 6 Гидрохинон: 6
Гомофазная ж-ж: 5 Гомофазная ж-ж: 5
1500С: 5 1300С:2
У=32 У=29
Расчет Ки. Для реактора: По первому критерию: Экономичность Простота конструкции Надежность Силиконовая баня 6 7 8 Тюрингское стекло 8 7 1 круглый 6 8 6 Система шариковых 8 8 7
л=0.3 л=0.4 л=0.3
Ки=(6·0.3+7·0.4+8·0.3)+(8·0.3+7·0.4+1·0.3)+(6·0.3+8·0.4+6·0.3)+(8·0.3+8·0.4+7·0.3)=27
По второму критерию: Экономичность Простота конструкции Надежность Силиконовая баня 6 7 8 Тюрингское стекло 8 7 1 круглый 6 8 6 Система шариковых 8 8 7
л=0.3 л=0.4 л=0.3
Ки=(6·0.3+7·0.4+8·0.3)+(8·0.3+7·0.4+1·0.3)+(6·0.3+8·0.4+6·0.3)+(8·0.3+8·0.4+7·0.3)=27
По третьему критерию: Экономичность Простота конструкции Надежность Силиконовая баня 6 7 8 Иенское стекло разотерм 3 6 7 круглый 6 8 6 Система шариковых 8 8 7
л=0.3 л=0.4 л=0.3
Ки=(6·0.3+7·0.4+8·0.3)+(3·0.3+6·0.4+7·0.3)+(6·0.3+8·0.4+6·0.3)+(8·0.3+8·0.4+7·0.3)=26.9
Для процесса: По первому критерию: Селективность Время пребывания Степень конверсии Эфир с конц. Не менее 98% 5 6 6 МЭГ ХЧ 6 6 5 Гидрохинон 8 6 6 Cu 5 5 5 Гомофазная ж-ж 6 5 5 1500С 7 7 6
л=0.2 л=0.5 л=0.3
Ки=(5•0.2+6•0.5+6•0.3)+(6•0.2+6•0.5+5•0.3)+(5•0.2+5•0.5+5•0.3)+(8•0.2+6•0.5+6•0.3)++(6•0.2+5•0.5+5•0.3)+(7•0.2+7•0.5+6•0.3)=34.8
По второму критерию: Селективность Время пребывания Степень конверсии Эфир с конц. Не менее 98% 5 6 6 МЭГ ХЧ 6 6 5 Cu 5 5 5 Гидрохинон 8 6 6 Гомофазная ж-ж 6 5 5 1500С 7 7 6
л=0.2 л=0.5 л=0.3
Ки=(5•0.2+6•0.5+6•0.3)+(6•0.2+6•0.5+5•0.3)+(5•0.2+5•0.5+5•0.3)+(8•0.2+6•0.5+6•0.3)+(6•0.2+5•0.5+5•0.3)+(7•0.2+7•0.5+6•0.3)=34.8
По третьему критерию:
Селективность Время пребывания Степень конверсии Эфир с конц. Не менее 98% 5 6 6 МЭГ ХЧ 6 6 5 Cu 5 5 5 Гидрохинон 8 6 6 Гомофазная ж-ж 6 5 5 1500С 7 7 6
л=0.2 л=0.5 л=0.3
Ки=(5•0.2+6•0.5+6•0.3)+(6•0.2+6•0.5+5•0.3)+(5•0.2+5•0.5+5•0.3)+(8•0.2+6•0.5+6•0.3)+(6•0.2+5•0.5+5•0.3)+(7•0.2+7•0.5+6•0.3)=34.8
Выводы
1. На основе системногоподхода проведен функционально-физический анализ процесса переэтерификациидиметилового эфира β-цианоэтилфосфоновой кислотымоноэтиленгликоль(мет)акрилатом и реактора для его проведения.
В результате быливыявлены следующие недостатки:
а) низкий выход продуктареакции;
б) большое время синтеза.
2. Для разрешенияконфликтов в технических и химических системах предложены решения:
а) для реактора: введениесистемы водяных шариковых холодильников меньшей длины.
б) для процесса:использование в качестве ингибитора побочной реакции смеси меди и гидрохинона.
3. Массив проектныхрешений для реактора составил 216 комбинаций, для процесса- 32 комбинации.
Определены лучшиеварианты по критериям экономичности, простоты конструкции, надежности (дляреактора), селективности, времени пребывания, степени конверсии (для процесса).
Наоснове аддитивной свертки критериев для реактора определен наиболее оптимальныйпроектный вариант по аппарату: круглый реактор, изготовленный из тюрингскогостекла, снабженный системой водяных шариковых холодильников, в качестветеплопередающего устройства используется силиконовая баня.
На основе аддитивнойсвертки критериев определен наиболее проектный вариант по процессу:использование в качестве исходных реагентов “чистых” эфира и МЭГа, в качестве ингибитора– смесь Сu и гидрохинона, синтез ведут притемпературе 150 0С в гомофазной системе ж-ж.
4. Произведена постановказадачи синтеза нового технического решения для реактора. Введение системыводяных шариковых холодильников небольшой длины.
5. Произведена постановказадачи синтеза нового технического решения для процесса. Использование вкачестве ингибитора смеси меди и гидрохинона.