عنوان پایان‌نامه
مدل سازی ریاضی فرایند هیدروژن زدایی اکسایشی الکان های سبک و بررسی شرایط بهینه فرایند به منظور افزایش بازده تولید الفین های سبک
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1342.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59997
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- سجاد ساریخانی
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- فرایند کاتالیستی هیدروژن¬زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن دارای محدودیت ترمودینامیکی است که به طور معمول در دمای بالا و به صورت یک واکنش گرمازا روی می¬دهد. به همین منظور واکنش هیدروژن زدایی اکسایشی به جای استفاده از واکنش معمولی هیدروژن زدایی پروپان معرفی می¬شود. هرچند فرایند هیدروژن-زدایی اکسایشی پروپان دارای مشکلاتی از قبیل پایین بودن گزینش¬پذیری و روی دادن واکنش¬های های ناخواسته است اما در این طرح اثر توزیع اکسیژن در سراسر راکتور لوله¬ای با حالتی که در آن اکسیژن توزیع نمی¬شود و فقط همراه خوراک پروپان وارد بستر راکتور می¬شود مقایسه شده¬است. نتایج نشان داده است که توزیع اکسیژن در طول راکتور بر روی راندمان تولید محصول پروپیلن و کاهش مواد ناخواسته بسیار موثر است. جهت کنترل اکسیژن ورودی به بستر و افزایش راندمان تولید پروپیلن در مقابل اکسیدهای کربن سعی شد که از سیستم راکتورهای چند مرحله¬ای استفاده گردد که این امر باعث شد هم دمای واکنش کنترل گردد و هم مصرف پروپان در اثر تبدیل به اکسیدهای کربن ناخواسته کاهش یابد. مشخصات کاتالیزور V-Mg-Oو نیز معادلات سینتیکی به کار رفته در این پروژه از مراجع دریافت شده است. جهت مدل¬سازی فرایند بعد از فرمول بندی معادلات موازنه¬های جرم ، انرژی و مومنتوم و بعد از گسسته سازی معادله¬ها و برنامه نویسی براساس روش تلفیق متعامد در محیط نرم¬افزار MATLAB واجرای برنامه، تغییرات دما و اجزاء در طول بستر و در شرایط ناپایا تا زمان رسیدن به شرایط پایا تعیین شد. نتایج مدل حاضر در بستر ثابت با تزریق یک مرحله¬ای در شرایط پایا با نتایج موجود در مراجع ارزشگذاری شده است.بر حسب شرایط عملیاتی مختلف نظیر دما و فشارورودی ، آنالیز حساسیت مدل برای تعیین درجه تبدیل و گزینش پذیری پروپان در شرایط نهایی ( پایا) انجام شده است. شرایط بهینه¬ی حاکم بر فرایند با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای سرعت¬های فضایی خوراک پروپان و غلظت های مختلف اکسیژن و تعداد مراحل تزریق آن به منظور دستیابی به حداکثرتولید پروپیلن و حداقل اکسیدهای کربن تعیین شده است. نتایج نشان می¬دهد با افزایش تعداد مراحل تزریق اکسیژن از یک به چهار مرحله، و غلظت ورودی 6% اکسیژن در هر مرحله تزریق و سرعت فضایی خوراک ورودی معادل025/0 در دمای ? 530 میزان گزینش¬پذیری پروپیلن به عنوان محصول به بالاترین حد خود یعنی 72% می¬رسد و مجموع تولید اکسید-های کربن به عنوان محصولات نا¬مطلوب به حداقل خود یعنی 12/0 (بر حسب مول پروپان ورودی) کاهش می-یابد. دراین حالت کسر تبدیل پروپان خوراک در شرایط مذکور 26% خواهد بود.
- Abstract
- The catalytic dehydrogenation of propane to propylene is equilibrium limited, strongly endothermic and normally is carried out at high temperatures. To overcome the technical problems associated with normal dehydrogenation, oxidative dehydrogenation has been proposed. However, the other problems related to control of selectivity due to the production of undesired carbon oxides, the flammability of reaction mixtures, complexity of temperature control are remained for researchers. In this project an alternative process of stage wise reactor is proposed for the side feeding oxygen and the reactor is mathematically modeled using a typical catalyst (V-Mg-O). The reactor was modeled to predict molar fractions and temperature profiles along the bed at transitional conditions using orthogonal collocation method with MATLAB programming. The optimized conditions were determined for the number of stages, oxygen inlet molar fraction and inlet feeding temperature to approach maximum propylene and minimum carbon oxides in the outlet stream after steady conditions, using Genetic Algorithm. It was concluded that using three or four stage wise reactor with oxygen side feeding, and low inlet oxygen molar fraction improved the yield of propylene and reduced the undesired products. In a four stage wise reactor with 0.06 molar inlet O2 and inlet temperature of 530 ? for each stage the selectivity of propylene was reached to 72% , and the yield of carbon oxides was determined around 0.12 (per moles of inlet propane) with propane conversion about 26%.
