بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
افت فعاليت کاتاليست در راکتور دومرحله اي متانول
چکيده
در اين مقاله راکتور دومرحله اي متانول در شرايط ديناميکي به دو صورت همسو و ناهمسو شبيه سـازي شـده اسـت . در راکتور دومرحله اي متانول ابتدا خوراک به صورت همسو با جرياني که از راکتور اول خارج مي شـود وارد پوسـته راکتـور دوم مي شود. پس از تبادل حرارتي با گاز درون تيوب وارد راکتور اول شده و واکنش انجام مي دهـد.در جريـان ناهـسمو خوراک به صورت غيرهمجهت وارد راکتور دوم مي شود. در ابتدا شرح کلي فرآيند و سپس معـادلات رياضـي مربـوط بـه فرآيند ارائه مي شود. نتايج توسط نمودار هاي مختلف ترسيم مي شود. در اين مقاله شرايط ديناميکي در دو جريان برقرار شده , افت فعاليت و ميزان توليد محصول در زمان هاي مختلف و همچنين ساير پارامترها مقايسه مي شود.
کلمات کليدي : متانول , همسو , ناهمسو ,شرايط ديناميکي , افت فعاليت کاتاليست
١-مقدمه
در حال حاضر دو تکنولوژي براي توليد متانول ، متعلق به دو شرکت موجود مي باشد. تکنولوژي مورد ارائه توسـط شـرکت سينتکس (Synthax) از نوع آدياباتيک بوده و بدون تبادل گرمائي کار مي کند. در مقابل تکنولـوژي ارائـه شـده توسـط شـرکت لورگي (Lurgi) از نوع همدما است . راکتور متانول به صورت پوسته و لوله است که حرارت واکـنش در مرحلـه اول توسـط آب اشباع خنک مي شود ولي در مرحله دوم به جاي آب اشباع ، گاز سنتز ورودي به پوسته که از واحد رفرمينـگ مـي آيـد، تبـادل گرمايي را انجام مي دهد.در اين مقاله راکتور دومرحله اي در دو جريان همسو و ناهمسو محاسبه شده و در پارامترهـاي مختلـف با هم مقايسه مي شود. کاتاليست مورد استفاده در سنتز متانول شامل CuO.ZnO.AlO٢٣ مي باشد[۱]. با توجـه بـه اينکـه بـه مرور زمان از فعاليت کاتاليست کاسته مي شود لذا در اين حالت شرايط راکتور با زمان تغيير مـي کنـد[۲].در ايـن مقالـه افـت فعاليت کاتاليست و همچنين مقدار توليد محاسبه مي شود. محاسبات در دو جريان همسو و ناهمسو انجام شده و با هم مقايسه مي شوند.
۲-شرح فرآيند
در راکتور با جريان همسو وبق شکل ۱ ابتدا خوراک وارد پوسته راکتور دوم مي شود و به صورت همسو با جرياني که از راکتور اول مي آيد تبادل حرارتي انجام مي دهد. سپس اين جريان وارد راکتور اول شده و در آنجا واکنش انجام مي دهد.
در حالت ناهمسو خوراک به صورت غير همسو با جريان درون لوله تtubeک وارد پوسـته راکتـور دوم مـي شـود. ايـن فرآينـد در شکل ۲ رسم شده است .
٣-مدلسازي
٣-١- راکتور خنک شونده توسط آب (راکتور اول )
موازنه جرم در فاز گاز :
موازنه انرژي در فاز گاز :
موازنه جرم در فاز جامد :
موازنه انرژي در فاز جامد :
٣-٢-راکتور خنک شونده توسط گاز (راکتور دوم )
موازنه جرم و انرژي در فاز گاز و جامد در اين راکتور دقيقا مانند راکتور اول مي باشد تنها تفاوت در اين است که در پوسته اين
راکتور دما متغير است . موازنه انرژي براي گاز سنتز در قسمت پوسته به صورت زير است :
٣-٣-معادلات سينتيکي سرعت واکنش
واکنش توليد متانول در فشار پايين برروي کاتاليست تجاري انجام مي شود[ا]. استفاده از معادلات سره ت و قابت هاي سره ت تعادلي ، اواه ات کافي در مورد سينتيل واکنش سنتز متـانول بدسـت ميدهـد[م]. در سـنتز متـانول سـه واکنش کلي صورت مي گيرد که عبارتند از :
١-هيدروژناسيون منوکسيد کربن
ر- هيدروژناسيون دي اکسيد کربن
د- واکنش آب -گاز معکوي
در اين شبيه سازي عبارات سرعت واکنش از Graaf et al انتخاب شده است [5]. عبارات معادلات سرعت در زير آمده است :
١-هيدروژناسيون منوکسيد کربن
ر- هيدروژناسيون دي اکسيد کربن
د-واکنش آب -گاز معکوس
پارامترهاي مختلف که در معادلات سره ت واکنش مشاهده مي شوند بوسيله معادلات زير بيان مي شوند.
١-ثابت سرعت واکنش
2 – ثابت تعادل
3 – ثابت های تعادل بر حسب فشار جزیی
