استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه سازی راکتور بستر سیال فرآیند تولید الفین های سبک از متانول و مدل سازی سینتیکی آن

در بین فرآیندهای با بازدهی بالا جهت تولید الفین های 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 به کمک نرم افزار 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 نرم افزار متلب به دست آمدند. سپس مقایسه ای 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 به ترتیب برابر ۴۰/۲%، ۳۵/۱% و ۱۱/۳% به دست 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 زمان های مختلف نشان داد که غلظت جامد درون بستر تقریبا رقیق بوده و ساختار جریان به طور کلی نسبتا همگن به نظر می رسد. علاوه برآن، 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 گردابه های تشکیل شده در مناطق پایینی بستر افزایش یافته است. سپس، بررسی متوسط کسر جرمی هیدروکربن های 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 ۹۰% رسید.

Keywords:

Fluidized Bed Reactor , Methanol , Olefin , Computational Fluid Dynamics , Kinetic Modeling