Pizhūhish-i Naft (Feb 2023)

تحلیل عملکرد و بهینه‌سازی چند هدفه راکتور میکروکانال برای هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن با استفاده از روش پاسخ سطح

  • مصطفی احمدی اهنک,
  • الهام یساری,
  • علی احمد‌پور

DOI
https://doi.org/10.22078/pr.2021.4408.2998
Journal volume & issue
Vol. 31, no. 1400-6
pp. 34 – 46

Abstract

Read online

با استفاده از فرآورده‌های نفتی در صنعت پتروشیمی و انجام یک سری فرآیندهای شیمیایی، می‌توان محصولات متنوع و با ارزش افزوده به‌دست آورد. پروپیلن یکی از این محصولات بسیار مهم و اساسی است که می‌تواند برای تولید مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، در مطالعه حاضر، یک مدل پایا و دو بعدی از فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن در یک راکتور میکرو کانال در شبیه‌ساز COMSOL انجام شد. سپس، یک بهینه‌سازی چند هدفه با هدف افزایش پروپیلن (افزایش تولید) و کاهش CO (جلوگیری از تشکیل کک) برای اولین بار انجام گرفت. در مرحله اول مقایسه نتایج شبیه‌سازی با داده‌های آزمایشگاهی خطایی حدود 7% را نشان می‌دهد که براساس فرضیات مدل قابل قبول است. به منظور تجزیه و تحلیل فرآیند، اثر دما، سرعت جریان خوراک، ترکیب خوراک و ضریب انتقال حرارت بر میزان تولید پروپیلن و CO بررسی شد. سپس برای بهینه‌سازی عملکرد راکتور و با توجه به هزینه محاسباتی مدل COMSOL و مسئله بهینه‌سازی، یک مدل جایگزین برای راکتور میکرو کانال براساس روش طراحی آزمایش (DOE) ارائه شد. سرانجام، با کمک مدل حاصل بهینه‌سازی چند هدفه فرآیند توسط روش D-optimal انجام و جبهه بهینه پرتو به‌دست آمد. با توجه به نتایج بهینه‌سازی، افزایش پروپیلن منجر به افزایش تولید CO می‌شود که نشان دهنده وجود تضاد بین این دو تابع هدف می‌باشد. پس از بهینه‌سازی نتایج یکی از نقاط بهینه جبهه پرتو ارائه گردید. دما و سرعت بهینه در این نقطه C° 513 و m/s 103/0 می‌باشد. در این شرایط، بیشترین مقدار غلظت پروپیلن و کمترین مقدار CO به‌ترتیب برابر با 195/0 و mol/m3 088/0 محاسبه می‌گردد.

Keywords