بخشی از مقاله
چکیده
روش هیدرودیلکیلاسیون مهمترین روش جهت تولید بنزن است. در این روش از تولوئن براي تولید بنزن استفاده می شود. در این مقاله فرایند هیدرودیلکیلاسیون تولوئن به صورت کامل شبیه سازي شده است. پارامتر هاي مهم طراحی از قبیل طول و قطر راکتور، کمترین میزان افت فشار تجهیزات، میزان هیدروژن اضافی در راکتور و میزان جریان بازگشتی به فرایند بررسی شده اند . بهترین میزان طول و قطر براي راکتور 1 متر است. میزان بهینه هیدروژن اضافی 50% است.نتایج نشان می دهند که استفاده از جریان بازگشتی ضروري است، چون این کار موجب بالا رفتن میزان میزان بنزن تولیدي می گردد و بدون آن ممکن است واحد بازدهی اقتصادي خود را از دست دهد. براي بازدهی اقتصادي واحد باید 90% از جریان خروجی از فلش درام را به واحد بازگردانده شود.
واژگان کلیدي: شبیه سازي، بهینه سازي، روش هیدرودیلکیلاسیون، تولوئن، بنزن
١-مقدمه
تولید بنزن از تولوئن بعد از جنگ جهانی دوم به صورت پیوسته تا کنون ادامه یافته است. از این ماده براي ساخت TNTاستفاده می شده است - . - Turton,2012 براي تولید بنزن از روش هیدرودیلکیلاسیون1 استفاده می شود.واکنش اصلی طبق معادله - 1 - استکه واکنش جانبی طبق معادله - 2 - در کنار آن رخ می دهد - . - Nizamoff,2011نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند در این واکنش بدون حضور کاتالیست در دماي 500-680درجه سانتگراد با درصد تبدیل 75% تولوئن به بنزن انجام می گیرد. معمولا براي جلوگیري از رسوب و بالا رفتن دما به دلیل گرماده واکنش از مقدار زیادي هیدروژن اضافی در واکنش استفاده می شود - . - Meidanshahi,2011 همچنین براي جلوگیري از انفجار، متان و هیدروژن تولید شده در واکنش جدا می گردند. براي این منظور جریانی براي خارج کردن متان در نظر گرفته می شود که به صورت غیرقابل اجتناب مقداري هیدروژن نیز همراه آن خارج می شود. به کار بردن کاتالیست موجب انجام سریع تر واکنش و کاهش طول راکتور می گردد - . - Dini,1997
-2 شبیه سازي
در این پروژه براي شبیه سازي واحد مورد نیاز از معادله حالت SRK براي تخمین تعادل VLEاستفاده شده است، زیرا در این حالت یک مخلوط آروماتیک با قطبیت خیلی ضعیف داریم - . - Galen,2002مرحله بعد انتخاب راکتور مناسبی است که توانایی تبدیل بالا را براي تبدیل تولوئن به بنرن دارا باشد. چون در این حالت واکنش کاتالیزوري ناهمگن همراه با واکنش تعادلی جانبی وجود دارد راکتور پلاگ1 براي شبیه سازي انتخاب می گردد. براي طراحی راکتور باید بهترین قطر و طول را براي آن به دست آورد. براي منظور از مطالعه موردي در نرم افزار HYSYSاستفاده شده است . در ابتدا میزان تبدیل راکتور در مقابل طول راکتور مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج در شکل - 1 - نشان داده شده اند.
میزان خوراك ورودي براي تولوئن برابر 214kg/hr و براي هیدروژن برابر 5/7kg/hr است.طبق شکل - 1 - می توان مشاهده کرد که بهترین طول ممکن براي راکتور 1 متر است. دلیل این مورد این است که در طول هاي کمتر از 1 متر تولوئن زمان و سطح کافی را براي واکنش با هیدروژن ندارد، بنابراین میزان تبدیل تولوئن پایین است. اما در طول هاي بین 1 تا 3 متر میزان تبدیل کاهش می یابد. دلیل این امر این است که در این ناحیه بنزن تولید شده از واکنش اصلی در واکنش تعادلی جانبی مصرف می گردد. با افزایش طول به بیش از 3 متر، میزان تبدیل تولوئن دوباره افزایش می یابد.
در این ناحیه به دلیل داشتن سطح بالایی از کانالیست واکنش اصلی میزان زیادي بنزن را تولید می کند که توسط واکنش جانبی قادر به مصرف نیست. با توجه به ملاحظات اقتصادي طول 1 متر مناسب ترین طول می باشد زیرا کمترین هزینه و بالاترین میزان تبدیل را داراست.در مرحله بعدي میزان تبدیل راکتور در مقابل قطر راکتور مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج در شکل - 2 - نشان داده شده اند.با توجه به شکل - 2 - مشخص است که با افزایش قطر راکتور میزان تبدیل تولوئن و میزان بنزن تولید شده افزایش می یابد. با افزایش قطر سطح کاتالیست موجود افزایش پیدا می کند و این امر موجب بالا رفتن میزان تبدیل تولوئن می گردد- - Al .Khattaf,2006 -
اما با بالا رفتن قطر این تاثیر کاهش می یابد، بنابراین براي کاهش تنش هاي مکانیکی که در قطرهاي بالا به وجود می آید بهتر است که قطر راکتور به صورت بهینه انتخاب گردد. در این حالت قطر 1 متر انتخاب شده است.بعد از طراحی راکتور، باید کل واحد براي تولید بنرن خالص طراحی گردد. بعد از راکتور براي جداسازي هیدروژن و متان نیاز به فلش درام است و سپس مایع خروجی از فلش درام براي جداسازي تولوئن و دیگر مواد از بنزن به برج هاي تقطیر فرستاده می شود. شبیه سازي انجام شده در شکل - 3 - نشان داده شده است.در این شبیه سازي خوراك با استفاده از یک مبدل حرارتی براي استفاده از گرماي محصولات پیش گرم شده است. در انتها خوراك گرم وارد راکتور می شود. این روش به حداقل رساندن مصرف انرژي و به بالا رفتن میزان تبدیل تولوئن کمک می کند.
