доктор химических наук;
doctor of chemical sciences;
Статья посвящена разработке и анализу формально-кинетической схемы процесса эпоксидирования пропилена гидропероксидом кумола в присутствии молибденового катализатора. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания точных и одновременно достаточно простых кинетических моделей для интеграции в универсальные симуляторы химико-технологических процессов (такие как Aspen HYSYS), используемые для проектирования, моделирования и оптимизации производств. Особенностью исследования является использование в качестве сырья реального промышленно окисленного кумола - многокомпонентной смеси, содержащей, помимо целевого гидропероксида кумола, различные примеси (спирты, кетоны, углеводороды), которые могут существенно влиять на кинетику целевой реакции. На основе литературных данных и результатов качественного анализа реакционной смеси методами хромато-масс-спектрометрии авторы предложили расширенную формально-кинетическую схему процесса. Помимо основной реакции образования окиси пропилена и известных побочных превращений гидропероксида, схема дополнена реакциями образования 2-(1-метил-1-фенилэтил)фенола и (1-изопропокси-1-метилэтил)бензола, которые были идентифицированы в продуктах реакции. Для количественного описания процесса была разработана кинетическая модель в виде системы дифференциальных уравнений, составленных по закону действующих масс. Константы скоростей девяти реакций представлены в форме уравнения Аррениуса. Адекватность разработанной модели подтверждена сопоставлением расчетных кривых с экспериментальными данными, полученными в широком диапазоне температур (323-363 K). Показано хорошее соответствие модели эксперименту для всех ключевых компонентов реакционной смеси. В результате исследования создана верифицированная кинетическая модель, которая учитывает влияние примесей промышленного сырья и адекватно описывает процесс в изученном диапазоне параметров. Модель рекомендуется к использованию в качестве кинетического модуля в технологической модели производства окиси пропилена.
The article is devoted to the development and analysis of a formal kinetic scheme for the propylene epoxidation process with cumene hydroperoxide in the presence of a molybdenum catalyst. The relevance of this work stems from the need to create accurate yet sufficiently simple kinetic models for integration into universal chemical process simulators (such as Aspen HYSYS) used for plant design, modeling, and optimization. A distinctive feature of this study is the use of real industrially oxidized cumene as a feedstock - a multicomponent mixture containing, besides the target cumene hydroperoxide, various impurities (alcohols, ketones, hydrocarbons) that can significantly affect the kinetics of the target reaction. Based on literature data and the results of qualitative analysis of the reaction mixture using gas chromatography-mass spectrometry, the authors proposed an extended formal kinetic scheme for the process. In addition to the main reaction of propylene oxide formation and the known side transformations of the hydroperoxide, the scheme was supplemented with reactions for the formation of 2-(1-methyl-1-phenylethyl)phenol and (1-isopropoxy-1-methylethyl)benzene, which were identified in the reaction products. For the quantitative description of the process, a kinetic model was developed in the form of a system of differential equations based on the law of mass action. The rate constants of the nine reactions are presented in the form of the Arrhenius equation. The adequacy of the developed model was confirmed by comparing the calculated curves with experimental data obtained over a wide temperature range (323-363 K). Good agreement between the model and experiment was demonstrated for all key components of the reaction mixture. As a result of the study, a verified kinetic model was created, which accounts for the influence of impurities in the industrial feedstock and adequately describes the process within the studied parameter range. The model is recommended for use as a kinetic module in the technological model of propylene oxide production.