استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه‌سازی راکتور بستر سیال فرآیند تولید الفین‌های سبک از متانول و مدل‌سازی سینتیکی آن

Abstract

در بین فرآیندهای با بازدهی بالا جهت تولید الفین‌های سبک، روش تبدیل کاتالیستی متانول به الفین طی یک دهه گذشته، توسعه قابل توجهی داشته است. در این مطالعه سعی شده است تا با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و به‌کمک نرم‌افزار کامسول به بررسی فرآیند تبدیل متانول به الفین پرداخته شود. از مدل اویلرین-اویلرین برای حل جریان فاز پیوسته و پراکنده استفاده شد و روابط با استفاده از روش المان محدود حل شدند. برای فرآیند متانول به الفین، مدل سینتیکی پیشنهاد شد و پارامترهای سینتیکی توسط الگوریتم ژنتیک در نرم‌افزار متلب به‌دست آمدند. سپس مقایسه‌ای بین نتایج تجربی و مدل پیشنهادی برای محصولات مهم صورت گرفت که نشان از تطابق خوب بین این دو داشت و متوسط خطای نسبی برای درصد مولی اتیلن، پروپیلن و بوتن به‌ترتیب برابر 40/2%، 35/1% و 11/3% به‌دست آمد. در ادامه پس از اعتبارسنجی مدل، پارامترهای مختلفی از جمله توزیع فاز جامد درون بستر، بردارهای سرعت، اندازه ذرات، افت فشار بستر و متوسط کسر جرمی اجزاء، بر عملکرد راکتور مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی توزیع فاز جامد درون بستر در سرعت ورودی و زمان‌های مختلف نشان داد که غلظت جامد درون بستر تقریباً رقیق بوده و ساختار جریان به‌طور کلی نسبتاً همگن به‌نظر می‌رسد. علاوه‌برآن، بررسی اثر اندازه ذرات برروی بردارهای سرعت مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش قطر ذرات، آشفتگی بردارهای جریان بیشتر شده و تعداد گردابه‌های تشکیل شده در مناطق پایینی بستر افزایش یافته است. سپس، بررسی متوسط کسر جرمی هیدروکربن‌های تولید شده در طول راکتور نشان داد که میزان کسر جرمی اجزاء افزایش پیدا کرده است. همچنین، میزان تبدیل متانول در خروجی راکتور به بیش از 90% رسید.

Keywords

• راکتور بستر سیال
• متانول
• الفین
• دینامیک سیالات محاسباتی
• مدل سینتیکی