Введение 5
1 Литературный обзор 8
1.1 Математическое моделирование химико-технологических систем. 8
1.2 Моделирование систем непрерывного действия 17
1.3 Моделирование систем периодического действия 19
1.3.1 Сети Петри 19
1.3.2 Логико-динамическая модель 29
1.3.3 Система имитационно-аналитического моделирования 31
1.4 Механизм реакции поликонденсации 34
1.4.1 Общие особенности реакции поликонденсации 34
1.4.2 Механизм и кинетика взаимодействия формальдегида с
карбамидом 36
1.4.3 Механизм и кинетика взаимодействия формальдегида с
резорцином 43
1.4.4 Механизм и кинетика взаимодействия формальдегида с
фенолом 46
2. Краткий обзор ранее проведенных исследований 55
2.1 Получение и исследование карбамидоформальдегидных смол .. 55
2.2 Получение и исследование фенолоформальдегидных смол 56
3. Результаты и их обсуждение 58
3.1 Кинетические закономерности синтеза формальдегидных смол 58
3.1.1 Кинетические закономерности синтеза
карбамидоформальдегидных смол 58
3.1.2 Кинетические характеристики синтеза
резорцинформальдегидных смол 61
3.1.3 Кинетические характеристики синтеза
фенолоформальдегидных смол 64
3.3 Кинетические характеристики синтеза модифицированных фенолоформальдегидных смол 66
3.4 Математическое моделирование получения формальдегидных
смол 66
4. Расчётная часть 70
4.1 Глубина превращения и псевдо концентрация 70
4.2 Моделирование кинетики химических реакций реакции 72
5. Экспериментальная часть 76
5.1 Описание лабораторной установки получения смол 76
5.2 Синтез карбамидоформальдегидных смол 77
5.3 Синтез резорцинформальдегидной смолы 78
5.4. Синтез фенолоформальдегидных смол 80
5.5 Синтез модифицированных фенолоформальдегидных смол 80
5.5.2 Первая серия синтезов смол с модифицирующими добавками 82
5.5.3. Вторая серия синтезов смол с модифицирующими добавками 84
5.6 Методы испытаний характеристик резорцинформальдегидных
смол 89
5.6.1 Определение внешнего вида смолы 89
5.6.2 Определение концентрации водородных ионов (рН) 89
5.6.3 Определение условной вязкости смолы 89
5.6.4 Определение массовой доли сухого остатка 90
5.6.5 Определение плотности 90
Заключение 91
Список используемых источников 92
Математическое моделирование является важным практическим инструментом в науке и технике. Формулировка математических моделей в химии как математических задач была неотъемлемой частью развития химической технологии.
В системах периодического действия основным элементом является стадия технологического процесса, под которой подразумевается образование нового продукта или существенное изменение физико-химических свойств основного сырья. Стадию технологического процесса образует упорядоченная последовательность элементарных технологических операций, или по-другому процессов, которые протекают в соответствии с определенным, неизменным в течение операции законом, хотя параметры этого состояния изменяются во времени.
В данной работе рассмотрено получение поликонденсационных полимеров на основе формальдегида - карбамидоформальдегидной, резорцинформальдегидной и фенолоформальдегидной смолы, изучены их основные кинетические закономерности и предложены математические логико-динамические модели их получения.
Цель и задачи исследования.
Цель работы - разработать модели процессов получения поликонденсационных смол на основе формальдегида.
Для выполнения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Провести литературный обзор по выбранной тематике исследования.
2. Синтезировать рассматриваемый ряд смол.
3. Определить зависимости основных характеристик данных смол от продолжительности синтеза.
4. Определить основные кинетические закономерности синтеза смол.
5. Вывести математические модели технологической стадии синтеза смол в виде интегральных кинетических уравнений.
6. Предложить общую математическую модель для каждого исследуемого вида поликонденсационных смол на основе формальдегида.
Объект и предмет исследования.
В соответствии с поставленной целью объектом исследования являются поликонденсационные смолы на основе формальдегида . Предметом исследования является способ моделирование математических моделей их получения.
Новизна исследований.
Впервые проанализированы кинетические закономерности синтеза смол с использованием практических данных о вязкостных характеристиках получаемых продуктов.
Предложены логико-динамические модели получения
поликонденсационных смол на основе формальдегида.
Теоретическая, научная, практическая значимость полученных результатов.
Проанализированы кинетические закономерности синтеза смол с использованием практических данных о вязкостных характеристиках получаемых продуктов.
Предложены логико-динамические модели получения
поликонденсационных смол на основе формальдегида.
Научная обоснованность и достоверность
Научная обоснованность результатов обеспечены тщательным контролем условий проведения эксперимента, использованием современных общеизвестных физико-химических методов анализа и выбором известных промышленно реализуемых рецептур формальдегидных смол.
Основные положения работы, выносимые на защиту
На защиту выносятся следующие результаты.
- зависимость основных параметров синтеза поликонденсационных смол различных типов на основе формальдегида от условий проведения и продолжительности процесса;
-основные кинетические заномерности синтеза поликонденсационных смол на основе формальдегида;
- логико-динамические модели получения карбамидо-
формальдегидной, резорцинформальдегидной, фенолформальдегидной смолы.
Апробация результатов исследования
Основные результаты диссертационной работы представлялись на XLVIII международной конференции "Развитие науки в XXI веке" г. Харьков, 2019 год
Опубликованность результатов исследования
По результатам работы опубликовано 2 статьи в рецензируемых журналах.
Мартынов С.Б., Глухов П.А. Синтез резорцинформальдегидной смолы с применением микроволнового излучения. «Знание», №6 (70), 2019 г.
Гнедков М.В., Глухов П.А. Разработка способов получения модифицированных фенолформальдегидных смол. г. Москва: сборник со статьями (уровень стандарта, академический уровень). - М.: Международная исследовательская организация "Cognitio", 2019. - 60с. ISSN: 5647 - 2412
По результатам работы можно сделать следующие выводы.
1. Проведен анализ литературных данных по тематике моделирования химико-технологических систем периодического действия, в том числе процессов получения поликонденсационных смол на основе формальдегида.
2. Синтезирован ряд формальдегидных смол и определены зависимости их основных характеристик во времени.
3. Определены общие кинетические закономерности получения поликонденсационных смол на основе формальдегида.
4. Предложены логико-динамические математические модели получения рассматриваемых смол.
5. Произведены расчеты математических моделей технологической стадии синтеза смол.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
