دانشگاه شیراز
دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز
پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته
مهندسی شیمی بدون گرایش
مدلسازی، شبیه سازی و بهینه سازی رآکتور بسترچکهای پتروشیمی جم به منظور هیدروژناسیون 1و3-بوتادین
استاد راهنما
دکتر محمد رضا رحیم پور
آذر ماه 93
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
این نوشتار به بررسی یک رآکتور بستر چکه ای صنعتی هیدروژناسون بوتادین پرداخته است. از این رو،یک مدل سینتیکی مناسب به عنوان ساختاری پایه ای برای مدلسازی رآکتور انتخاب گردیده است و پس از آن مدل ارایه گردیده به منظور همخوانی با موازنه مولی داده های صنعتی توسعه یافته است. همچنین تلاش های زیادی به منظور ایجاد یک مدل دقیق و در عین حال ساده ریاضی صورت پذیرفت و نتایج مدلسازی با خروجی های واحد صنعتی مورد مقایسه قرار گرفت. در نهایت نتایج توانستند به خوبی داده های صنعتی را با خطای نسبی کل برابر با 1/0 پوشش دهند. به علاوه، رفتار پارامترهای مختلفی از جمله دما و شدت جریان مولی در طول رآکتور مورد مطالعه قرار گرفت. گذشته از آن، تاثیر دمای ورودی بر رفتار رآکتور بستر چکه ای مورد مطالعه قرار گرفت. در پایان، بازده رآکتور سه فازی بستر چکه ای تحت شرایط عملیاتی مختلف سیال ورودی بررسی گردید.
کلمات کلیدی: رآکتور بستر چکه ای، هیدروژناسیون بوتادین، مدلسازی ریاضی، مدل سینتیکی
فهرست مطالب
1-1-7جدا سازی برش چهار كربنی 14
1-2مقدمه ای بر رآکتورهای بستر چکهای 18
1-2-1مقایسه با سایر رآکتورهای سه فازی 22
2-1مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه مدلسازی رآکتور بستر چکهای 31
2-2مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه سینتیک هیدروژناسیون بوتادین 33
3-1-1مراحل انتقال جرم و فرضیات حاکم 37
3-4حل عددی و روش بهینه سازی 46
4-2-1پروفیل دما در طول رآکتور 55
4-2-2توزیع شدت جریان مولی اجزای موجود در فاز مایع 56
4-2-3توزیع شدت جریان مولی هیدروژن فاز گازی در طول رآکتور 62
4-2-4توزیع مشخصههای فیزیکی در طول رآکتور 63
4-2-5بررسی تأثیرات تغییر دمای ورودی 65
4-2-6تغییرات درصد تبدیل و بازده تحت تأثیر دما و شدت جریان ورودی 68
فهرست جداول
| شماره صفحه | عنوان |
| 19 | جدول 1- شرایط عملیاتی و ترکیب نسبی اجزاء در ورودی رآکتور |
| 36 | جدول2– خلاصهای از مقالات منتشر شده با موضوع مدلسازی سینتیکی هیدروژناسیون 1و3-بوتادین |
| 42 | جدول3- روابط فیزیکی مورد استفاده در مدلسازی رآکتور |
| 47 | جدول4- مشخصات کاتالیست پوسته-تخم مرغی مورد استفاده |
| 51 | جدول 5- مقادیر متوسط Keq و ΔG° در طول رآکتور برای واکنشهای پیشنهادی |
| 51 | جدول 6- مقایسه بین نتایج مدلسازی و نتایج رآکتور صنعتی |
| 54 | جدول 7- ثوابت سرعت و عبارات دقیق سینتیکی به کار گرفته شده |
فهرست شکلها و نمودارها
| شماره صفحه | عنوان |
| 6 | تصویر1- نمودار کندهای واحد الفین دهم |
| 16 | تصویر 2- شمایی از نمودار جریان فرآیند واحد بوتان زدایی |
| 18 | تصویر 3- نمودار جریان فرآیند واحد هیدروژناسیون |
| 22 | تصویر 4- شمایی از یک رآکتور بستر چکهای |
| 24 | تصویر 5- شمایی از یک رآکتور دوغابی ]17[ |
| 27 | تصویر 6- شمایی از یک رآکتور ستون حبابی بستر آکنده ]17[ |
| 39 | تصویر7- مراحل انتقال جرم برای المانی از رآکتور به طول ΔZ |
| 44 | تصویر8- شبکهی واکنشهای هیدروژناسیون 1و3-بوتادین |
| 47 | تصویر9- شمایی از کاتالیست پوسته-تخم مرغی |
| 53 | تصویر10- میانگین سرعت واکنشها |
| 56 | تصویر 11- پروفایل دما در طول رآکتور |
| 57 | تصویر12- تغییرات شدت جریان مولی بوتادین نسبت به طول بدون بعد رآکتور |
| 58 | تصویر13- تغییرات شدت جریان مولی 1BE نسبت به طول بدون بعد رآکتور |
| 59 | تصویر 14- تغییرات سرعت واکنشهای r9 و r7 و r1 در طول رآکتور |
| 60 | تصویر15- تغییرات شدت جریان مولی نرمال بوتان نسبت به طول بدون بعد رآکتور |
| 61 | تصویر 16- تغییرات سرعت واکنشهای r11 و r10 و r9 و r8 در طول رآکتور |
| 62 | تصویر17- تغییرات شدت جریان مولی IB نسبت به طول بدون بعد رآکتور |
| 63 | تصویر18- تغییرات شدت جریان مولی IBA نسبت به طول بدون بعد رآکتور |
| 64 | تصویر19- تغییرات شدت جریان مولی هیدروژن گازی نسبت به طول بدون بعد رآکتور |
| 65 | تصویر20- تغییرات نفوذپذیری هیدروژن در طول رآکتور |
| 65 | تصویر21- تغییرات ویسکوزیته فاز مایع در طول رآکتور |
| 66 | تصویر 22- تأثیر دمای ورودی بر دمای سیستم در طول بدون بعد رآکتور |
| 67 | تصویر 23- تأثیر دمای ورودی بر شدت جریان مولی BD در طول بدون بعد رآکتور |
| 68 | تصویر 24- تأثیر دمای ورودی بر شدت جریان مولی نرمال بوتان در طول بدون بعد رآکتور |
| 70 | تصویر25- شمای سه بعدی از درصد تبدیل BD به عنوان تابعی از دما و شدت جریان مولی ورودی |
| 71 | تصویر26- شمای سه بعدی از بازده BA به عنوان تابعی از دما و شدت جریان مولی ورودی |
فهرست نشانههای اختصاری
| نشانه | تعریف | واحد |
| سطح مقطع رآکتور | m2 | |
| غلظت مولی | mol.m-3 | |
| ظرفیت گرمایی استاندارد جزئ iام در دمای استاندارد | j.mol-1.k-1 | |
| قطر ذرهی کاتالیستی | m | |
| قطر رآکتور | m | |
| نفوذپذیری هیدروژن در فاز مایع | m2.s-1 | |
| انرژی فعالسازی | j.mol-1 | |
| شدت جریان مولی | mol.s-1 | |
| انرژی آزاد گیبس جزئ i ام در فشار استاندارد | j.mol-1 | |
| انرژی استاندارد آزاد گیبس جزئ i ام در دمای استاندارد | j.mol-1 | |
| ثابت هنری | pa.m3.mol-1 | |
| آنتالپی استاندارد تولید جزء i ام در دمای استاندارد | j.mol-1 | |
| ضریب نوسان | مراجعه به جدول 8 | |
| ضریب حجمی انتقال جرم گاز-مایع | s-1 | |
| ضریب حجمی انتقال جرم مایع-جامد | s-1 | |
| ثابت تعادلی | – | |
| ضریب نوسان در دمای مرجع | مراجعه به جدول 8 | |
| وزن مولکولی | gr.mol-1 | |
| فشار کاهش یافته | – | |
| ثابت جهانی گازها | J.mol-1.K-1 | |
| عدد رینولدز | – | |
| سرعت واکنش | mol.s-1.kgcat-1 | |
| عدد اشمیت | – | |
| ضریب شکل | – | |
| دما | K | |
| دمای کاهش یافته | – | |
| دمای مرجع | K | |
| دمای استاندارد | K15/298 | |
| سرعت ظاهری | m.s-1 | |
| حجم مولی گاز هیدروژن در شرایط استاندارد | m3.mol-1 | |
| طول دیفرانسیلی رآکتور | m |
نشانههای اختصاری یونانی
| نشانه | تعریف | واحد |
| تغییر انرژی آزاد گیبس در شرایط فشار استاندارد | j.mol-1 | |
| گرمای واکنش j ام | j.mol-1 | |
| گرمای تبخیر | j.mol-1 | |
| ماندگی مایع | – | |
| عدد استوکیومتری جزء iام | – | |
| دانسیتهی بستر کاتالیستی | kgcat.m3 | |
| ویسکوزیته | kg.m-1.s-1 | |
| حلالیت هیدروژن در مخلوطی از هیدروکربنها | m3.kg-1.pa-1 | |
| دانسیتهی فاز مایع در شرایط عملیاتی | kg.m-3 | |
| دانسیتهی فاز مایع در دمای 20 درجه سانتیگراد | kg.m-3 | |
| پارامتر همبستگی | – | |
| حجم مولی در نقطهی جوش نرمال | m3.mol-1 |
زیرنویسها و بالانویسها
| i | شمارندهی اجزای شیمیایی |
| ig | گاز ایدهآل |
| j | شمارندهی واکنشها |
| g | گاز |
| l | مایع |
| S | جامد |
| T | کل |
1 مقدمه
1-1 معرفی مجتمع پتروشیمی جم
صنعت پتروشیمی در ایران تحولات ودگرگونی های فراوانی داشته است . تحولاتی كه این صنعت عظیم را رفته رفته به صنعت اول كشور تبدیل میكند. صنعت پتروشیمی به عنوان یكی از منابع تامین نیازهای بسیاری از صنایع داخلی ، صدور وتولید فرآوردههای خود و منبع مهم ارزآوری و اشتغالزایی برای كشور ، از جایگاه ویژهای برخوردار است . براین اساس در چهار چوب برنامه سوم توسعه اقتصادی كشور، طرحهای پتروشیمی در منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس جنوبی پیش بینی شده است. طرح مجتمع الفین دهم (پتروشیمی جم) یكی از طرحهای برنامه استراتژیك توسعه صنایع پتروشیمی كشور می باشد.
این مجتمع كه در منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس جنوبی قرار دارد شامل واحد های الفین، پلی اتیلن سبك خطی، پلی اتیلن سنگین، پلی پروپیلن هر كدام به ظرفیت 300 هزار تن در سال، واحد منواتیلن گلایكول به ظرفیت 400 هزار تن در سال و دی تری اتیلن گلایكول، جمعاً به میزان 43 هزار تن در سال می باشد.
ضمناً واحدهای آلفا الفین به ظرفیت 200 هزار تن و واحد بوتادین به ظرفیت 130 هزار تن در سال، واحدهای دیگر این مجتمع می باشد.
واحد الفین مجتمع پتروشیمی جم، با ظرفیت یك میلیون و320 هزار تن در سال اتیلن، در حال حاضر بزگترین واحد الفین جهان است. این واحد كه به واحد كراكینگ نیز معروف میباشد از قسمتهای مختلفی تشكیل یافته است كه عبارتند از:
- كوره های كراكینگ
- قسمت گرم
- كمپسور گاز، شستشو با كاستیك وخشك كردن
- بازیابی اتیلن و متان زدایی
- جداسازی برش دوکربنه
- جداسازی برش سه کربنه
- جداسازی برش چهار کربنه
- سیستمهای تبرید
- سیستمهای كمكی
- مخازن محصول
خوراك واحد از قسمتهای مختلف تهیه میشود كه از طریق چندین خط لوله به واحد ارسال میشود كه به سه دسته تقسیم می گردد:
- خوراك مایع از پنج خط تشكیل شده شامل:
- رافینیت[1] برشC5 ازمجتمع آروماتیك چهارم در دمای 45 درجه سانتیگراد و فشار 6 بار
- C5+از مجتمع الفین نهم در دمای 50 درجه سانتیگراد و مینیموم فشار لازم 11 بار
- LPG[2] از آروماتیك چهارم در دمای 45 درجه سانتیگراد و فشار 16 بار
- دو خط اتان یكی اتان تازه از پتروشیمی پارس (واحد استحصال اتان) ودیگری از فازهای 4و5 كه تحت فاز گازی میباشد .این خوراك به كورههای گازی ارسال میشود . دمای مورد نظر 35 درجه سانتیگراد و فشارمینیموم حدود 17 بار میباشد.
- یك جریان برش C3+از الفین نهم وارد میگردد این خوراك به قسمت جداسازی واقع در منطقه كمپرسور ارسال میگردد. دمای مورد نظر 45 درجه سانتیگراد ومینیمم فشار 16 بار میباشد.
خوراکهای مایع از آروماتیک چهار با هم مخلوط شده و به ظرف ذخیره خوراک مایع ارسال میشود. این مخلوط بوسیله پمپ و پس از مخلوط شدن با پروپان برگشتی وبرشهای چهار کربنه وLPG به پیشگرمکن خوراک مایع رفته و سپس به کوره ها ارسال میشود.
پیش از توضیح واحدهای مختلف موجود در الفین دهم نمودار کندهای[3] این مجتمع به منظور درک بهتر توضیحات پیشرو ارائه میگردد (تصویر1).
تعداد صفحه : 96
قیمت : 14700تومان
