توضیحات
عنوان تحقیق: راكتورهاى بستر ثابت و سیال
- مقدمه
- راهکار پیوستگی (اویلری)
- راهکار پیوستگیعناصر گسسته (لاگرانژ)
- مدل سازی رآکتورهای بستر سیال:
- شبیه سازی و کنترل راکتور دهیدروژناسیون پروپان در راکتور بستر ثابت
- مدلسازی راکتور
- شبیه سازی حالت پایا
- شبیه سازی دینامیکی
- شبیه سازی راکتور کاتالیستی بستر سیال
- اثر نانوکاتالیست تقویت شده بر فرایند شکست کاتالیزوری سیال بستر
- مزایا و معایب بسترهای سیال
- شرح کلی واحد راکتور کاتالیستی بستر سیال
- شبیه سازی راکتور با بستر سیال
- هیدرودینامیک غشاء رآکتورهای بستر سیال مورد استفاده با آنالیز پرتویاکس
- هیدرودینامیک غشاء رآکتورهای بستر سیال مورد استفاده با آنالیز پرتویاکس
- راکتور دوغابی
- شبیه سازی دینامیكی راكتور دوغابی فرآیند فیشر‐ تروپش
- شبیه سازی راکتورهای صنعتی پلیمریزاسیون اتیلن در فاز دوغابی به شکل سری برای تولید پلی اتیلن سنگین
- راکتورهای بستر قطره ای
- بررسی هیدرودینامیك راكتورهای بستر قطره ای در فرایندهای گوگرد زدایی هیدرژنی و رژیم های جریانی موجود در كاتالیستها
- معادلات حاکم
- شبیه سازی و مدلینگ جریان قطرهای گاز مایع در راکتور بستر ثابت قطره ای با استفاده از مدل بهبود یافته
– راكتورهاى بستر ثابت و سیال
1-1- مقدمه
راکتورهای چند فازی با بستر سیال در بسیاری از فرآیندهای صنعتی به کار می روند. این فرآیند ها در صنایع پتروشیمی, شیمیایی, تولید برق, سوزاندن زباله و خشک کن ها استفاده میشوند. در یک تقسیم بندی می توان کاریردهای واحدهای بستر سیال را به دو دسته عمده، عملیات های فیزیکی و شیمیایی تقسیم نمود.
در عملیات های فیزیکی فعالیت هایی نظیر انتقال ذرات جامد, خشک کردن, حرارت دادن و نظیر این ها انجام می گیرد که در این عملیات ها بسترهای سیال نسبت به روش های دیگر دارای بازده, تناسب و صرفه اقتصادی بهتری می باشند. در فرآیندهای شیمیایی دلیل اصلی انتخاب ترجیحی بسترهای سیال در مقابل بسترهای ثابت برای انجام واکنش های کاتالیستی همانا لزوم کنترل دما در ناحیه واکنش می باشد. چندین دلیل برای این امر وجود دارند که عبارتند از : [1]
- واکنش ممکن است در خارج از محدوده باریکی از دما انفجار آمیز باشد.
- نسبت محصول مطلوب به محصولات جانبی ممکن است شدیدا به سطح دمایی عملیات حساس باشد.
- بوجود آمدن نقاط داغ بر روی کاتالیست ممکن است باعث زوال و غیر فعال شدن سریع کاتالیست شود.
- اختلاط همگن ذرات جامد با گاز باعث توزیع همگن دما در بستر سیال می شود.
- دمای بستر با رقیق یا غلیظ کردن گازهای واکنش دهنده به آسانی کنترل می گردد.
علی رغم اهمیت فوق العاده رآکتورهای چند فازی سیال در صنایع مختلف, دانش کمی برای طراحی یا افزایش مقیاس و ابعاد این واحدها در دسترس می باشد. کاربرد گسترده سیستم های متشکل از جریان های گاز- جامد و سیالیت در صنعت متقاضی روزافزون توسعه و گسترش مدل سازی های واقعی و مبتنی بر اصول و همچنین آزمایشات تجربی دقیق و ارائه ابزار طراحی قوی برای این قبیل سیستم ها می باشد. این مطلب شامل جدال قابل توجهی به علت رفتار پیچیده هیدرودینامیک این بسترها علی رغم ابزارهای تجربی پیشرفته موجود از قبیل لیزر و قابلیت های خیلی توسعه یافته محاسباتی میباشد. مهمترین هدف این پایاننامه بررسی رفتارهای هیدرودینامیکی رآکتورهای بسترسیال چرخشی میباشد. به طور کلی دو راهکار برای مدل سازی جریان های چند فازی وجود دارد[1].
1-1-1- راهکار پیوستگی (اویلری):
در این راهکار فازهای گاز و ذرات جامد به صورت پایستار پخش شده در نظر گرفته میشود. معادلات پیوستگی و مومنتوم برای هر فاز جداگانه نوشته می شود و فازها از طریق ترمهای بر هم کنش وارد شده در معادلات مومنتوم به هم مربوط می گردند. این راهکار به روابط بقایی برای فازهای ذرات جامد نیاز دارد تا اینکه تنسور تنش ذرات جامد را به میدان سرعت مربوط گرداند. فاز سیال اغلب به صورت سیال نیوتنی مدل می شود. ترم های برهم کنش شامل روابط تجربی برای نیروی کشش, انتقال مومنتوم و حرارت و سایر تبادلات میباشند[1].
1-1-2- راهکار پیوستگی-عناصر گسسته (لاگرانژ):
در این راهکار سیال همانند راهکار قبل پیوسته در نظر گرفته می شود. ذرات جامد اگرچه به صورت پایستارهای مجزا در نظر گرفته می شود در عوض حرکت هر ذره جامد توسط قانون نیوتن با در نظر گرفتن برخورد ذرات جامد با هم و برخورد هر ذره با دیوار و نیروهای برهم کنش بین سیال و ذره جامد تعقیب می گردد. اثر هیدرودینامیک ذره جامد روی فاز گاز به صورت یک ترم حجمی همانند نیروی کشش بین فازی ظاهر می گردد. اثرات دیگر از قبیل انتقال حرارت و جرم بین فازی می توانند در این کاربرد بکار برده شوند[1].
4-1-1- مدل سازی رآکتورهای بستر سیال:
به طور آشکار هیدرودینامیک بستر سیال, انتقال حرارت, سینتیک واکنش و فعالیت کاتالیست ها بر بازده رآکتور تأثیر می گذارند. طراحی این قبیل رآکتورها بطور سنتی مبتنی بر اطلاعات بدست آمده از رآکتورهای آزمایشگاهی می باشد. اگرچه بسیاری از این فرآیندها بطور موفقیت آمیزی به این طریق افزایش مقیاس و ابعاد داده اند ولی شکست های قابل توجهی نیز اتفاق افتاده است. گرچه در تعدادی حالات واحدهای در مقیاس آزمایش گاهی رفتار هیدرودینامیکی متفاوتی نسبت به واحدهای صنعتی ارائه می دهند. همچنین ساخت و عملیات واحدهای نیمه صنعتی گران قیمت می باشند. مدل های هیدرودینامیکی بر مبنای قوانین اساسی بقای جرم, مومنتوم, انرژی و غلظت واکنشگرهاء پتانسیلی برای پر کردن فضاهای خالی در نتایج آزمایشگاهی یا نیمه صنعتی و بنابراین کمک به طراحی رآکتورهای صنعتی می باشند. مدل سازی جریان های یک فازی توسط دینامیک سیالات محاسباتی امری متداول و معمول است در حالی که مدل سازی جریان های چند فازی یک وظیفه بحث انگیز برای توسعه
دهنده های روش های دینامیک سیالات محاسباتی می باشد. مدل سازی هیدرودینامیکی توانایی قابل توجهی برای آنالیز اطلاعات بدست آمده از آزمایشات متنوع نسبتا ساده (برای مثال کشش روی یک کرة منفرد یا اندازه گیری نرخ فراریت با استفاده از یک لایه منفرد از ذرات جامد) را دارا است و بنابراین در نتیجه توصیف توزیع زمانی کسرهای حجمی سرعت ها, فشار, دماها و کسرهای جرمی واکنشگرهای فازهای سیال و ذرات جامد در رآکتورهای صنعتی یا توجه به اینکه اندازه گیری تجربی همه این مقادیر تقریبا غیر ممکن می باشد، بدست می آید. این قبیل محاسبات به طراح ها اجازه می دهند که شرایط درون رآکتور و تغییرات بازده رآکتور با شرایط عملیاتی برای هدایت نحوة انجام آزمایشات و در نتیجه همکاری در فرآیند طراحی قابل مشاهده باشد. تا قبل از سال 1980 میلادی تحقیق در سیستمهای گاز- ذرات جامد اغلب بر روی توسعه اندازه گیری های جریان و توسعه یک تصحیح و معادله برای پارامتر اصلی جریان متمرکز می شد. در طی دو دهه گذشته پیشرفت های زیادی هم در زمینۀ راهکارهای چند فازی برای سیستمهای گاز- جامد و هم اندازه گیریهای تجربی دقیق انجام پذیرفته است. اولین تلاش برای مدل سازی هیدرودینامیک سیالیت به داویدسون برای آنالیز حرکت حباب منفرد منتسب است. در ادامۀ تحقیق داویدسون، جکسون و سو اولین کسانی بودند که راهکار اولری را برای مدل سازی سیستمهای با جریان گاز-جامد توسعه دادند. بعد از آن تلاشهای گسترده ای برای اصلاح معادله جریان یک بعدی و مدل سازی جریان در سیستم انتقال دهندة بادی عمودی انجام پذیرفت. ارسطوپور ذراتی با هر اندازه را به صورت یک فاز جدا در نظر گرفت و یک تئوری تجربی برخورد ذره- ذره را توسعه داد و به طور موفقیت آمیزی پارامترهای محاسبه شدة جریان را با نتایج تجربی مقایسه نمود.
یکی از روشهای پیشنهادی برای حل این مورد استفاده از نرم افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی است. در حل مسائل جریان سیال باید بدانیم که اصول فیزیکی آنها پیچیده است و نتایج بدست آمده از برنامه CFD در بهترین شرایط بخوبی اعمال فیزیکی (و شیمیایی) بوده و در بدترین شرایط نیز به همان خوبی عمل می کند. علاوه بر اینکه باید ابتدا آخرین نسخه برنامه را گرفت، استفاده کننده از برنامه باید در تعدادی از بخش ها مهارت داشته باشد. قبل از تنظیم و اجراء یک شبیه سازی CFD یک مرحله از معرفی و فرمول بندی مسألۀ جریان، مراحلی شامل پدیده های فیزیکی و شیمیایی وجود که باید مورد بررسی قرار رگیرد. نمونه ای از تصمیمات که لازم است اتخاذ گردد عبارتند از اینکه آیا یک مسئله دوبعدی یا سه بعدی است، در نظر نگرفتن اثرات محدود تغییرات فشار و دما روی چگالی جریان هوا، انتخاب معادلات جریان آشفته و یا چشم پوشی از اثرات حباب های ریز هوای محلول در آب خروجی از شیر، به انتخابی صحیح نیازمند مدل سازی خوب می باشد، زیرا در همه جا به جز مسائل بسیار ساده، برای کاهش پیچیدگی ها تا یک حد قابل قبول تا آنجا که ترکیب کلی مسأله حفظ گردد به یک سری فرض ها نیاز داریم. این مورد مخصوص ساده سازی های معرفی شده در این مرحله است که حداقل به طور جزئی بر کیفیت اطلاعات بدست آمده بوسیلهی CFD حاکم میباشد. بنابراین کاربر باید بطور پیوسته بر کسب اطلاعات روشن – قاطع که ایجاد شده است استمرار بخشد. فهم مناسب الگوریتم حل عددی نیز یک مسئله مهم است. سه ایده ریاضی در مشخص کردن کارایی یا عدم کارایی هر یک از الگوریتم ها مفید است. همگرایی، سازگاری و پایداری. همگرایی خاصیتی از روش عددی برای بدست آوردن جوابی است که به حل دقیق نزدیک می باشد. بطوری که فاصله شبکه، اندازة حجم کنترل یا المان به صفر میل می کند. طرح های عددی سازگار، دستگاهی از معادلات جبری را ایجاد می کند که می توان نشان داد با معادلۀ حاکم اصلی زمانی که فاصله شبکه به سمت صفرمیل می کند، معادل می باشد. پایداری در روش عددی با میرایی خطاها همراه می باشد. اگر یک روش پایدار نباشد حتی با گرد کردن خطاها در داده های اولیه ، می توتاند موجب واگرایی یا نوسانات زیاد گردد. لکس از نظر تئوری ایجاد همگرائی خیلی سخت بوده و در عمل معمولا از قضیه هم ارز استفاده می نماییم و بیان می کند؛ در مسائل خطی شرط لازم و کافی همگرایی آنست که هر دو شرط دوام و پایداری وجود داشته باشد[1].
2-1- شبیه سازی و کنترل راکتور دهیدروژناسیون پروپان در راکتور بستر ثابت
پروپیلن بعد از اتیلن مهمترین ماده خام برای پتروشیمی به شمار می آید، که از حدود ۶۰ سال پیش در مقیاس صنعتی تولید شده و نقش ارزنده ای در تولید برخی مواد شیمیایی پایین دستی ایفا کرده است. پروپیلن به روشهای مختلف تولید میشود و عمده پروپیلن مصرفی در دنیا (حدود ۹۷ درصد) از واحدهای کراکینگ با بخار و کراکینگ کاتالیستی در بستر سیال پروپیلن بعد از اتیلن مهمترین ماده خام برای پتروشیمی به شمار می آید، که از حدود ۶۰ سال پیش در مقیاس صنعتی تولید شده و نقش ارزنده ای در تولید برخی مواد شیمیایی پایین دستی ایفا کرده است. پروپیلن به روشهای مختلف تولید می شود و عمده پروپیلن مصرفی در دنیا (حدود ۹۷ درصد) از واحدهای کراکینگ با بخار و کراکینگ کاتالیستی در بستر سیال کراکینگ با بخار تولید می شود. اما با توجه به اینکه محصول اصلی این واحد اتیلن بوده و سرمایه گذاری در این واحد بر اساس تقاضای اتیلن می باشد، و با توجه به اینکه سرعت رشد تقاضای پروپیلن بیشتر از سرعت رشد تقاضای اتیلن است، یک منبع دیگر تولید پروپیلن لازم خواهد بود و روش دهیدروژناسیون پروپان روش مناسبی برای پر کردن این فاصله می باشد. واکنش دهیدروژناسیون پروپان می تواند به دو صورت اکسیداتیو و غیراکسیداتیو انجام شود . در روش اکسیداتیو به دلیل انجام واکنش های جانبی پروپان و پروپیلن با اکسیژن بازده تولید بسیار پایین است و در حال حاضر این واکنش در مرحله تحقیق و بررسی کاتالیست و شرایط عملیاتی مناسب برای حصول بازده قابل قبول بوده و هنوز صنعتی نشده است . واکنش غیراکسیداتیو دهیدروژناسیون پروپان (دهیدروژناسیون کاتالیستی پروپان) واکنشی شدیدًا گرماگیر اس ت که به لحاظ ملاحظات ترمودینامیکی در دمای بالا و فشار پایین بهتر انجام می شود. به هر حال در صنعت استفاده از دماهای خیلی بالا به دلیل افزایش واكنش های جانبی كه منجر به تولید محصولات جانبی ناخواسته و تشكیل كك زیاده از حد می شود، محدود می گردد. همچنین حداقل ف شار عملیاتی با توجه به ساختار تجهیزات و هزینه های عملیاتی محدود می شود[2].
توجه:
- برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
- لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.
به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.
سفارش تحقیق
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.