12280

12280

شبيه‌سازي CFD راكتور حبابي دوغابي همزن دار اكسيداسيون توليد ترفتاليك اسيد

كارشناسي ارشد

شيمي - طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

آبان ماه 1392

آبان ماه 1392

دكتر سيدحسن هاشم آبادي

چكيده در اين تحقيق روش جديد مدل‌سازي تركيبي چند ناحيه¬اي/CFD باهدف بررسي عملكرد راكتور توليد ترفتاليك اسيد در مقياس صنعتي ارائه شد. جهت توسعه‌ي الگوريتم روش مورد نظر، دو راكتور محك با ابعاد 20 سانتي‌متر قطر و 30 سانتي‌متر ارتفاع در حالت¬هاي دو¬بعدي و سه¬بعدي طراحي و مش بندي شد. براي ناحيه بندي راكتورهاي محك، ابتدا ميدان جريان با استفاده از روش CFD به دست آمد سپس ناحيه بندي بر اساس بردارهاي سرعت انجام شد. اطلاعات هيدروديناميكي هر ناحيه براي استفاده در مدل چند ناحيه‌اي از طريق توابع كاربر تعريف (UDF) از حل CFD استخراج شد. در نهايت مدل‌سازي واكنش براي دستيابي به درصد تبديل راكتورهاي محك و دماي جريان خروجي در مدل چند ناحيه¬اي درون يك كد محاسباتي برنامه نويسي شده¬ انجام شد. نتايج حاصل از اعمال روش تركيبي با فرض واكنش شيميايي همگن مرتبه اول مشخصي در فاز گازي (هوا) در حالت¬هاي دو بعدي و سه¬بعدي با نتايج حاصل از روش CFD همراه واكنش مقايسه شد. در ادامه براي توسعه روش در حالت دو فازي، واكنش شيميايي ناهمگن و سريع هيدروژناسيون بنزن (فاز مايع) در مجاورت هيدروژن (فاز گاز) براي توليد سيكلو هگزان در نظر گرفته شد. روش تركيبي مورد ذكر براي واكنش هيدروژناسيون بنزن روي دو راكتور محك مورد نظر در حالت¬هاي دو بعدي و سه¬بعدي اعمال شد. در نهايت روش تركيبي مدل‌سازي چند ناحيه¬اي/CFD روي راكتور همزن دار توليد ترفتاليك اسيد با سينتيك مشخص اعمال شد. هزينه¬ي محاسبات مدل تركيبي چند ناحيه¬اي/CFD در مقابل روش فقط CFD براي راكتور ترفتاليك اسيد، 86/3 برابر كمتر بود، در نتيجه كارآمدي روش تركيبي جديد از نظر زمان محاسباتي تأييد شد. پس در ادامه، از اين ديدگاه براي بررسي بازده واكنش، كسر جرمي محصولات جانبي و محصول نهايي و همچنين دماي خروجي از راكتور صنعتي توليد ترفتاليك اسيد استفاده شد. نتايج نشان دادند كه خطاي مربوط به كسر جرمي محصول جانبي پاراتولوئيك اسيد، كسر جرمي محصول نهايي ترفتاليك اسيد و دماي خروجي از راكتور نسبت به روش CFD همراه واكنش به ترتيب %97/23، %22/5 و %49/11 بوده و نسبت به زمان محاسباتي روش فقط CFD رضايت‌بخش است. واژه‌هاي كليدي: CFD، مدل‌سازي چند ناحيه‌اي، واكنش، هيدروديناميك، راكتور ترفتاليك اسيد