Морфолин продукт органической химии, применяющийся в синтезе физиологически активных веществ, ингибиторов коррозии, резиновых ускорителей, а также в качестве растворителя натуральных и синтетических смол и резин, сырья для производства оптических осветлителей для целлюлозно-бумажной промышленности и т. д. Промышленный процесс его синтеза осуществляется из ДЭГ и аммиака в присутствии водорода в паровой фазе при температуре 200 – 250 °С и атмосферном давлении на никель содержащем катализаторе [1]. Промышленный реактор для синтеза морфолина представляет собой кожухотрубчатый вертикальный аппарат с диаметром корпуса 2800х20 мм. Трубный пучок состоит из 1353 шт. Диаметр труб 56х3,5 мм, длина 3000 мм. Внутреннее пространство трубок заполнено катализатором. В межтрубном пространстве циркулирует высокотемпературный органический теплоноситель.

Успешная эксплуатация реактора возможна только при наличии достоверных сведений о влиянии геометрических размеров и технологических параметров на показатели эффективности его функционирования. Математическое моделирование процесса позволяет с минимальными затратами получить эту информацию. Настоящая работа является продолжением исследований по моделированию каталитических реакторов, проводимых в ВПИ [2, 4]. Математическая модель реактора синтеза морфолина содержит уравнения, определяющие убыль ДЭГ, образование морфолина и побочных продуктов, изменение температуры газовой смеси в реакционном пространстве и ВОТ в межтрубном пространстве. Эти дифференциальные уравнения дополняются алгебраическими уравнениями для расчета теплофизических свойств газовой смеси, коэффициентов теплоотдачи от стенки трубы к газовой смеси, от теплоносителя к стенке трубки. Система уравнений в стационарных условиях, имеет вид:

;

; (1)

(2)

, (3)

Начальные условия: при

, , , , . (4)

Математическая модель (1)–(4) использована для оценки влияния различных технологических параметров на выходные характеристики работы реактора и для определения условий, обеспечивающих высокий выход продукта в промышленном процессе синтеза.