Шишанов М.В.

Кандидат химических наук, исполняющий обязанности заведующего кафедрой химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Синтез 4,4’-метилендианилин (МДА) в микроканале

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-34-48
Аннотация
Работа посвящена способу получения 4,4’-метилендианилин (МДА) в микроканале. MДA производят в промышленных масштабах, в основном как предшественник полиуретанов. Также это соединение применяется в качестве отвердителя эпоксидных смол, покрытия проводов, а также в армированных композитных материалах. Синтез МДА сопровождается высокими колебаниями температурами, а ограничивающим фактором выступает скорость массообмена. Данные проблемы может решить мик-рофлюидика. Микрореактора работают в проточном исполнении в ламинарном режиме течения. Благо-даря небольшому диффузионному пути молекул, распределение концентраций и температуры идет быст-ро. Это в свою очередь повышает выход продукта, улучшает контроль реакции. Также это важно в мно-гофазных процессах, где процесс массообмена идет на границе раздела фаз. Именно микрофлюидика поз-воляет точно контролировать площадь межфазного взаимодействия, что критично для данных процес-сов. Однако при синтезе МДА нарастает вязкость за счет образования олигомеров, что может закупо-рить микроканал. Проведён процесс численного моделирования, выявивший снарядное течение в микрока-нале, что было также подтверждено при проведении синтеза. Составлен многофакторный эксперимент, необходимый для определения оптимальных условий синтеза. Варьировались такие параметры, как тем-пература реакции, соотношение компонентов, время пребывания. Для успешного проведения синтеза ис-пользовался дизайн эксперимента. На основании вышеперечисленных параметров, построены двухмерные и трёхмерные контурные диаграммы, представляющие из себя математические модели исследуемого процесса. Благодаря их комбинированию, были установлены оптимальные технологические параметры процесса.
PDF

Оптимизация проточной части микрофлюидного канала

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-2-4-12
Аннотация
В данной работе рассматриваются особенности оптимизации микрофлюидного канала. Микрофлюидный канал является ключевым компонентом микрореактора, его форма и особенности гидродинамического режима напрямую влияют на успешное протеканий проводимых в нём химических реакций. Микрофлюидная отрасль регулирует процессы, протекающие в малых объемах жидкостей – порядка нано литра и меньше. Она применима к различным областям, таким как микроэлектроника, фармацевтика, специальная химия и т.д. В качестве инструмента оптимизации использовали программу вычисли-тельного моделирования Comsol Multiphysics. Она основана на методе конечных элементов, который поз-воляет в точности моделировать задачи гидродинамического профиля. В данной статье рассмотрена простейшая форма микроканала – канал круглого сечения размером 0.75 мм со смесительной ячейкой. Приведено математическое моделирование процесса, определён критерий оптимальности, адекватный для поставленной задачи. В качестве одного из компонентов данного критерия использовали диодность – критерий, обуславливающий способность пропускать поток в прямом направлении при условии наличия обратного потока. В результате данной работы выявлена наиболее оптимальная форма канала микроре-актора, удовлетворяющая требуемым условиям процесса, получены основные гидродинамические пара-метры и определена зависимость диодности от используемого критерия.
PDF

Оптимизация типового процесса конденсации на примере синтеза изофорона в микроканале

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-2-43-52
Аннотация
Работа посвящена способу получения изофорона в микроканале. Проведена численная и экспериментальная оптимизация процесса получения изофорона в микроканале. Изофорон – ненасыщен-ный циклический кетон, широко использующийся в промышленности в качестве растворителя нитроцел-люлозных красок, а также в качестве промежуточного вещества для синтеза других соединений. Синтез проводили в микроканалах. Микроканалы представляют из себя каналы диаметром меньше 1 мм. Их ос-новная особенность – возможность проведения различных типов реакций, требующих высокие давления и температуры. За счёт небольшого внутреннего объёма, все процессы, протекающие в них, легко интен-сифицируются, можно достигать высокой точности и эффективности эксперимента. Варьировались такие параметры, как температура реакции и расход реагентов. Использовался новый подход к проведе-нию эксперимента, основанный на минимизации используемых параметров регулирования и правильному их комбинированию. Такой подход требует высокой точности и воспроизводимости результатов, поэтому лучшим выбором для таких задач являются микроканалы, используемые в данной работе. Разработана математическая модель реакции, основанная на системах уравнений разной сложности. Построены трехмерные и двухмерные контурные диаграммы, позволяющие визуализировать математическую модель процесса. Установлены наилучшие технологические параметры процесса.
PDF