كليدواژه :
راكتور بستر سيال , متانول , الفين , ديناميك سيالات محاسباتي , مدل سينتيكي
چكيده فارسي :
در بين فرآيندهاي با بازدهي بالا جهت توليد الفين‌هاي سبك، روش تبديل كاتاليستي متانول به الفين طي يك دهه گذشته، توسعه قابل توجهي داشته است. در اين مطالعه سعي شده است تا با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) و به‌كمك نرم‌افزار كامسول به بررسي فرآيند تبديل متانول به الفين پرداخته شود. از مدل اويلرين-اويلرين براي حل جريان فاز پيوسته و پراكنده استفاده شد و روابط با استفاده از روش المان محدود حل شدند. براي فرآيند متانول به الفين، مدل سينتيكي پيشنهاد شد و پارامترهاي سينتيكي توسط الگوريتم ژنتيك در نرم‌افزار متلب به‌دست آمدند. سپس مقايسه‌اي بين نتايج تجربي و مدل پيشنهادي براي محصولات مهم صورت گرفت كه نشان از تطابق خوب بين اين دو داشت و متوسط خطاي نسبي براي درصد مولي اتيلن، پروپيلن و بوتن به‌ترتيب برابر 2/40%، 1/35% و 3/11% به‌دست آمد. در ادامه پس از اعتبارسنجي مدل، پارامترهاي مختلفي از جمله توزيع فاز جامد درون بستر، بردارهاي سرعت، اندازه ذرات، افت فشار بستر و متوسط كسر جرمي اجزاء، بر عملكرد راكتور مورد بررسي قرار گرفتند. بررسي توزيع فاز جامد درون بستر در سرعت ورودي و زمان‌هاي مختلف نشان داد كه غلظت جامد درون بستر تقريباً رقيق بوده و ساختار جريان به طور كلي نسبتاً همگن به‌نظر مي‌رسد. علاوه بر آن، بررسي اثر اندازه ذرات برروي بردارهاي سرعت مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد كه با افزايش قطر ذرات، آشفتگي بردارهاي جريان بيشتر شده و تعداد گردابه‌هاي تشكيل شده در مناطق پاييني بستر افزايش يافته است. سپس، بررسي متوسط كسر جرمي هيدروكربن‌هاي توليد شده در طول راكتور نشان داد كه ميزان كسر جرمي اجزاء افزايش پيدا كرده است. همچنين، ميزان تبديل متانول در خروجي راكتور به بيش از 90% رسيد.
چكيده لاتين :
Over the past decade, catalytic methanol-to-olefin conversion has been among the most highly developed processes for light olefin production. In this study, computational fluid dynamics (CFD) and COMSOL software were used to investigate the process of methanol conversion to light olefins. The Eulerian-Eulerian model was used to solve continuous and scattered phase flows. A simplified kinetic model was used for methanol conversion to olefin, including a catalyst effect, coke deposition, and the finite element method used to solve the equations. MATLAB software was used to obtain the kinetic parameters of the methanol to olefin process using a kinetic model and a genetic algorithm. A comparison was made between the experimental results and the proposed model for the main products, which showed a good agreement. For ethylene, propylene, and butene, the mean relative error was 2.40%, 1.35%, and 3.11%, respectively. Following the model validation, various parameters such as solid-phase distribution in the bed, velocity vectors, particle size, bed pressure drop, and average mass fraction of the components are investigated on reactor performance. Examining the solid phase distribution in the bed at various input velocities and times revealed that the solid concentration in the whole bed is almost dilute in the Ergun drag model. The flow structure appears generally homogeneous. By studying the particle size effect on velocity vectors, it is found out that as particle diameter increased, the turbulence of flow vectors increased and the number of vortices forming in the bed increased. Furthermore, the average mass fraction of hydrocarbons achieved during reactor output increased. Moreover, the methanol conversion reached more than 90%.
