چکیده
اعمال دینامیکی در طراحی سنتز متانول به منظور جلوگیری از
کاهش تولید محصول در حضور افت فعالیت کاتالیست
متانول یکی از مهمترین الکل ها است که به دلیل کاربرد فراوان آن به خصوص در مصارف عمومی مورد توجه قرار گرفته است. موارد مصرف این ماده زیاد است و از جمله آن می توان به سه مصرف عمده به عنوان حلال، سوخت و ماده اولیه تهیه مواد شیمیایی اشاره کرد.
در این تحقیق تولید متانول که شامل یک راکتور، مبدل حرارتی و جداساز می باشد به صورت دینامیکی شبیه سازی شده است. فرض شده است. پیش بینی رفتار فرآیند تولید متانول از گاز سنتز، از طریق حل دستگاه های معادلات دیفرانسیل غیر خطی مرتبه اول و دستگاه های معادلات جبری غیر خطی انجام گردیده است.
با استفاده از مدل فوق تاثیر چندین پارامتر مهم شامل نسبت جریان برگشتی، دمای ورودی به راکتور و فشار پوسته اطراف راکتور به منظور جبران افت فعالیت کاتالیست بررسی شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهدکه از طریق تغییر دادن شرایط عملیاتی به مقدار قابل توجهی می توان اثر افت فعالیت کاتالیست را در کاهش تولید متانول کم رنگ تر نمود.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1- معرفی متانول 2
1-2- مشخصات متانول 3
1-3- کاربردهای متانول 4
1-4- روشهای تولید متانول 5
1-5- مروری بر تحقیقات گذشته 7
2- واحد متانول پتروشیمی بجنورد 9
2-1- واحد ریفرمینگ 10
2-2- واحد گوگرد زدایی 11
2-3- واحد سنتز 11
2-4- برج تقطیر متانول 16
2-5- داده های واحد متانول مجتمع پتروشیمی بجنورد 17
3- شبیه سازی سنتز متانول 22
3-1- شرح سنتز متانول 23
3-2- فرضیات 24
3-3- شبیه سازی دینامیکی سنتز متانول 24
3-3-1- ارائه مدل ریاضی برای بدست آوردن جریانها در مرز اول 25
3-3-2- شبیه‌سازی مبدل حرارتی سنتز متانول 25
3-3-3- شبیه‌سازی راکتور سنتز متانول 26
3-3-4- شبیه‌سازی جدا کننده تولید متانول 34
3-4- حل عددی مدل سنتز متانول 36
عنوان صفحه
4- نتایج حاصل از شبیه سازی سنتز متانول 42
4-1- ارزیابی مدل پایا 43
4-2- ارزیابی مدل دینامیکی 44
4-3- تعیین اثر در معادله افت فعالیت کاتالیست
52
4-3-1- بدست آوردن خطای مربوط به معادله افت فعالیت کاتالیست 53
4-3-2- نتایج بدست آمده از مدل راکتور با مدل افت فعالیت جدید 54
4-4- مطالعه انعطاف پذیری سنتز متانول در مقابل افت فعالیت کاتالیست 56
4-4-1- اثر تغییر نسبت جریان برگشتی در میزان تولید متانول 57
4-4-2- اثر تغییر دمای ورودی به راکتور در میزان تولید متانول 58
4-4-3- اثر تغییر فشار پوسته اطراف راکتور در میزان تولید متانول 63
4-5- نتیجه گیری 64
مراجع 66
فهرست جدولها
عنوان و شماره صفحه
جدول شماره 1: جریانهای موجود در تولید متانول برای گاز بید بلند بدون تزریق CO2 18
جدول شماره 2: جریانهای موجود در تولید متانول برای گاز بید بلند همراه تزریق CO2 19
جدول شماره 3: جریانهای موجود در تولید متانول برای گاز بید بلند بدون تزریق CO2 20
جدول شماره 4: جریانهای موجود در تولید متانول برای گاز بید بلند همراه تزریق CO2 21
جدول شماره 5: ثابتهای مربوط به محاسبه CP 26
جدول شماره 6: ضریب فوگاسیته اجزای مخلوط گازی در دمای ورودی K 502.15 و فشار ورودی bar 76.98 30
جدول شماره 7: جرم مولکولی و حجم بحرانی اجزای موجود در راکتور 33
جدول شماره 8: خصوصیات کاتالیست راکتور متانول 34
جدول شماره 9: نتایج ورودی و خروجی راکتور 43
جدول شماره 10: نتایج خروجی تولید جداکننده و جریان بازگشتی 44
جدول شماره 11: مقایسه ترکیب درصد مولی مواد با داده های واحد متانول در ورودی و خروجی راکتور 51
جدول شماره 12: مقایسه تولید متانول در برابر تغییرات نسبت برگشتی 58
جدول شماره 13: مقایسه تولید متانول (بین دمای K.502.15 و دمای بهینه ورودی راکتور) 63
جدول شماره 14: مقایسه تولید متانول در برابر تغییرات فشار بخار پوسته اطراف راکتور 64
فهرست شکل ها
عنوان و شماره صفحه
شکل شماره 1: سنتز متانول 23
شکل شماره 2: المان حجمی از راکتور 27
شکل شماره 3: فلوچارت حل مدل سنتز متانول 41
شکل شماره 4: ضریب کارایی کاتالیست برای آب در طول راکتور برای کل فرایند 44
شکل شماره 5: ضریب کارایی کاتالیست برای متانول در طول راکتور برای کل فرایند 45
شکل شماره 6: ضریب کارایی کاتالیست در صدمین روز فرایند 45
شکل شماره 7: ضریب کارایی کاتالیست در چهارصدمین روز فرایند 46
شکل شماره 8: نمودار ترکیب درصد مولی الف) ب) پ) ت) ث) در ورودی راکتور
48
شکل شماره 9: نمودار ترکیب درصد مولی الف) ب) پ) ت) ث) در خروجی راکتور
50
شکل شماره 10: تقسیم بندی خطای موجود در مدلسازی راکتور به طور شماتیک 53
شکل شماره 11: نمودار خطای محاسبه شده برای معادله افت فعالیت بر حسب پارامتر m 54
شکل شماره 12: نمودار ترکیب درصد مولی الف) ب) پ) در خروجی راکتور (مدل تصحیح شده) 56
شکل شماره 13: افت فعالیت کاتالیست متانول 56
شکل شماره 14: اثر تغییر نسبت جریان برگشتی بر میزان تولید متانول 57
شکل شماره 15: اثر دمای ورودی راکتور بر ترکیب درصد متانول خروجی از راکتور متانول در صدمین روز تولید 58
شکل شماره 16: دماهای بهینه ورودی راکتور در طول عمر کاتالیست متانول 59
شکل شماره 17: طرح شماتیک مبدل حرارتی در ورودی راکتور 60
عنوان و شماره صفحه
شکل شماره 18: دبی بخار مصرفی در مبدل حرارتی در طول فرایند در تزریق کننده ورودی راکتور 60
شکل شماره 19: نمودار میزان تولید متانول الف) حالت پایا ب) صدمین روز پ) دویستمین روز ت) چهارصدمین روز ث) ششصدمین روز در خروجی جداساز 62
شکل شماره 20: انواع مختلف روشهای افزایش فشار پوسته اطراف راکتور در طول فرایند تولید متانول 64
فهرست نشانه های اختصاری
سطح مقطع هر لوله Ac [m2]
مساحت سطحی ویژه هر کاتالیست av [m2/m3]
فعالیت کاتالیست a [-]
گرمای ویژه گاز در فشار ثابت Cpg [J/mole]
غلظت مولی جریان گاز Ct [mole/m3]
قطر داخلی لوله Di [m]
انرژی اکتیواسیونی که درمدل‌افت‌فعالیت استفاده میشود Ed [J/mole]
فوگاسیته جزئی جزء i fi [bar]
دبی مولی کلی خوراک ورودی به رآکتور Ff [mole/s]
دبی مولی خوراک ورودی Fff [mole/s]
دبی مولی محصول FM [mole/s]
دبی مولی جریان زائد FP [mole/s]
دبی مولی جریان برگشتی FR [mole/s]
ضریب انتقال حرارت گاز- جامد hf [W/m2K]
ماتریس ژاکوبین J
ثابت تعادل جذب برای جزء i Ki [1/bar]
ثابت تعادل برای جزء i KPi [-]
ثابت افت فعالیت Kd [1/h]
ضریب‌انتقال‌جرم برای جزء i بین فاز گاز و ذرات جامد Kgi [m/s]
سرعت واکنش برای جزءi ri [mole/kg hr]
دمای فاز گاز T [K]
ثابت عمومی گازها R [J/mole K]
دمای کاتالیست Ts [K]
دمای آب جوش در پوسته Tshell [K]
دمای مرجع استفاده شده در سرعت افت فعالیت کاتالیست TR [K]
ضریب انتقال حرارت U [W/m2 K]
کسر مولی جزء i در فاز گاز yi [-]
کسر مولی جزء i در فاز جامد yis [-]
Greek letters
جزء خالی بستر کاتالیست B [m3.m-3]
تخلخل کاتالیست S [m3.m-3]
آنتالپی تشکیل جزء i Hfi [K/mol]
دانسیته بستر راکتور B
ضریب کارایی کاتالیست η
Superscripts
شرایط ورودی 0
شرایط اولیه پایاا SS
فاز جامد S
گاز درون پوسته Shell
شامل 77 صفحه word
دانلود تحقیق پروژه اقتصاد آمونیاک