مدل سازی و بهینه سازی راکتور بستر سیال اکسی‌کلریناسیون اتیلن در پتروشیمی اروند

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز

چکیده

هدف از این پژوهش مدل­ سازی و بهینه ­سازی راکتور بستر سیال اکسی‌کلریناسیون اتیلن در پتروشیمی اروند می­ باشد. در این فرایند اتیلن در طی واکنش اکسی‌کلریناسیون و در حضور کاتالیست ناهمگن مس کلرید  بر پایه گاما آلومینا به 1و2-دی کلرو اتان تبدیل می­ شود. عملیات اکسی‌کلریناسیون اتیلن در یک راکتور بستر سیال تجهیز شده با یک کویل خنک‌‌کننده به منظور کنترل دمای واکنش انجام می‌شود. در پتروشیمی اروند این فرایند به صورت موازی با فرایند کلریناسیون مستقیم اتیلن قرارداشته و  هیدروژن کلرید تولیدی در بخش‌های کلریناسیون مستقیم و شکست گرمایی دیکلرو اتان در آن مصرف می‌شود. در این پژوهش راکتور بستر سیال اکسی‌کلریناسیون اتیلن بر اساس معاد­های بقای جرم و انرژی و در حالت پایا مد­­ل­ سازی می‌شود. با توجه به مشخصه­ های سیال و رژیم جریان در شبیه‌سازی راکتور از یک مدل دو فازی شامل فاز حباب با جریان قالبی و فاز امولسیون با جریان هم­ خورده همراه با تبادل جرم و انرژی بین فازها استفاده ͏شد. برای بررسی درستی و دقت مدل، نتیجه­ های به ­دست­ آمده از شبیه‌سازی با داده‌های واحد صنعتی مورد مقایسه قرار گرفت. سپس با برنامه‌ریزی یک مسئله بهینه‌سازی و با در نظر گرفتن قیدهای طراحی و عملیاتی واحد، مقدارهای بهینه دمای خوراک، دمای سیال خنک‌کننده، فشار عملیاتی راکتور و شدت جریان جرمی  هیدروژن کلرید و اکسیژن در خوراک ورودی برای بیشینه‌شدن میزان تولید دی‌کلرواتان با استفاده از ژنتیک الگوریتم تعیین شد. نتیجه­ ها نشان داد اعمال شرایط بهینه بر روی راکتور صنعتی موجب افزایش ظرفیت تولید دی‌کلرواتان از 7/128 مول بر ثانیه به 3/141 مول بر ثانیه می­ شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Magistro A.J., Cowfer, J.A., Oxychlorination of Ethylene, Journal of Chemical Education, 63: 1056-1058 (1986).
[2] Arzani S., Esfeh H.K., Zadeh Y.G., Akbari V., Parametric Studies of Ethylene Dichloride Purification Process. World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering, 9(9): 1184-1187 (2017).
[3] Vajglová Z., Kumar N., Eränen K., Peurla M., Murzin D.Y., Salmi T., Ethene Oxychlorination over CuCl2/γ-Al2O3 Catalyst in Micro-and Millistructured Reactors, Journal of Catalysis, 364: 34-344 (2018).
[4] Wachi S., Asai Y., Kinetics of 1, 2-Dichloroethane Formation from Ethylene and Cupric Chloride, Industrial & Engineering Chemistry Research, 33(2): 259-264 (1994).
[5] Carrubba R., Spencer J., Kinetics of the Oxychlorination of Ethylene, Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 9(3): 414-419 (1970).
[6] Montebelli A., Tronconi E., Orsenigo C., Ballarini N., Kinetic and Modeling Study of the Ethylene Oxychlorination to 1, 2-Dichloroethane in Fluidized-Bed Reactors, Industrial & Engineering Chemistry Research, 54(39): 9513-9524 (2015).
[7] Al-Zahrani S., Aljodai A., Wagialla K., Modelling and Simulation of 1, 2-Dichloroethane Production by Ethylene Oxychlorination in Fluidized-Bed Reactor, Chemical Engineering Science, 56(2): 621-626 (2001).
[8] Moreira J., Pires C., Modelling and Simulation of an Oxychlorination Reactor in a Fluidized Bed, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 88(3): p. 350-358 (2010).
[9] Go K.S., Kim Y., Son S.R., Kim, S.D., 1,2-Dichloroethane Production by Two-Step Oxychlorination Reactions in a Uidized Bed Reactor, Chem. Eng. Sci., 65, 499-503 (2010)
[10] Faghih S.M., Kianfar E., Modeling of Fluid Bed Reactor of Ethylene Di Chloride Production in Abadan Petrochemical Based on Three-Phase Hydrodynamic Model, International Journal of Chemical Reactor Engineering, 16 (1018).
[11] Khademi M., Taghavi S.A., Optimization of Ethylene Oxychlorination Fluidized-Bed Reactor Using Differential Evolution (DE) Method, Scientia Iranica. Transaction C, Chemistry, Chemical Engineering, 24(3): 1253-1263 (2017).
[12] Mahecha-Botero A., Grace J.R., Elnashaie S.S.E.H., Lim C.J., Advances in Modeling of Fluidized-Bed Catalytic Reactors: A Comprehensive Review, Chemical Engineering Communications, 196(11): 1375-1405 (2009).
[13] Fryer C., Potter O.E., Bubble Size Variation in Two-Phase Models of Fluidized Bed Reactors, Powder Technology, 6: 317-322 (1972).
[14] Toor, F., P. Calderbank, “Modeling of Fluidized bed Reactors”, Proceedings of the Tripartite Chemical Engineering Conference. (1968).
[15] Holland F., Bragg R., “Fluid Flow for Chemical and Process Engineers”, Elsevier, New York (1995).
[16] Daizo K., Levenspiel O., “Fluidization Engineering”,  Butterworth-Heinemann, New York (2013).
[17] Holman J., “Heat Transfer”, McGraw-Hill, New York (2001).
[18] Polling B.E., Prausnitz J. M., O’Connell J.P., “The Properties of Gases and Liquids”, McGraw Hill, New York (2000).
[19] Gilat A., Subramaniam V., “Numerical Methods for Engineers and Scientists: An Introduction with Applications Using MATLAB ”. John Wiley & Sons Inc., New Jersey (2008)
[20] Coley, D.A., “An Introduction to Genetic Algorithms for Scientists and Engineers”. World Scientific Publishing Company, Singapore (1999).