• شماره ركورد
    34151
  • پديد آورنده

    عليرضا رحيمي

  • عنوان
    شبيه‌سازي CFD عملكرد راكتور بستر قطره‌اي توليد ترفتاليك اسيد خالص
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1404/07/29
  • استاد راهنما
    دكتر سيد حسن هاشم آبادي
  • استاد مشاور
    مهندس نعمت اله جعفري
  • دانشكده
    مهندسي شيمي، نفت و گاز
  • چكيده
    ترفتاليك اسيد خالص يكي از محصولات كليدي صنايع پتروشيمي و ماده اوليه اصلي در توليد پلي‌اتيلن ترفتالات است. وجود ناخالصي‌هايي مانند 4-كربوكسي‌بنزآلدهيد در خوراك مي‌تواند فرآيند پليمريزاسيون را مختل كرده و كيفيت محصول نهايي را به‌طور قابل توجهي كاهش دهد. در اين پژوهش، به‌منظور بررسي و بهينه‌سازي فرآيند هيدروژناسيون انتخابي، رفتار هيدروديناميكي و سينتيكي راكتور بستر قطره‌اي با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي مورد مطالعه قرار گرفت. مدل‌هاي هيدروديناميكي چندفازي شامل معادلات پيوستگي، مومنتوم، انرژي و انتقال جرم توسعه داده شدند و اثر پارامترهاي عملياتي بر افت فشار و نگهداشت مايع بررسي شد. نتايج نشان داد كه با افزايش عدد رينولدز مايع از حدود 200 تا 840، ميزان افت فشار تا 7 برابر و نگهداشت مايع تا 4/1 برابر افزايش مي‌يابد، كه اين رفتار نشان‌دهنده‌ي بهبود خيس‌ شوندگي سطح بستر و افزايش مقاومت جريان است. مدل عددي توسعه‌يافته دقت بالايي در پيش‌بيني رفتار جريان چندفازي نشان داد و با متوسط خطاي نسبي 5/8 (حداكثر 76/11) درصد انطباق خوبي با داده‌هاي صنعتي داشت. در بخش واكنشي، مدل سينتيكي طراحي‌شده نشان داد كه افزايش زمان ماند از 5 تا 10 دقيقه باعث افزايش بازده تبديل 4-كربوكسي‌بنزآلدهيد به ترفتاليك اسيد خالص از حدود 80 به بيش از 98 درصد مي‌شود، هرچند با رشد جزئي در تشكيل محصولات جانبي مانند پاراتولوئيك اسيد تا ppm 1000 و بنزوئيك اسيد تا ppm 230 همراه است. بررسي تأثير پارامترهاي عملياتي نشان داد كه افزايش و كاهش 20 درصدي غلظت خوراك 4-كربوكسي‌بنزآلدهيد و دبي مايع بيشترين اثر را بر كيفيت و بازده فرآيند دارند، در حالي كه تغييرات دما در محدوده 300 تا 558 درجه سانتيگراد اثر قابل ملاحظه‌اي در بازده نداشت و كمتر از 5 درصد تغيير مشاهده شد. به‌طور كلي، نتايج اين تحقيق نشان داد كه شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي ابزاري كارآمد در تحليل و بهينه‌سازي عملكرد راكتورهاي بستر قطره‌اي است و كنترل دقيق شرايط خوراك و زمان ماند مي‌تواند به بهبود بازده فرآيند و كاهش تشكيل محصولات جانبي تا در توليد ترفتاليك اسيد خالص منجر شود.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/09/22
  • عنوان به انگليسي
    CFD simulation of the performance of a Trickle Bed Reactor to produce Purified Terephthalic Acid
  • تاريخ بهره برداري
    1/1/1900 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    عليرضا رحيمي

  • چكيده به لاتين
    Pure terephthalic acid is one of the key products of the petrochemical industry an‎d the main raw material in the production of polyethylene terephthalate. The presence of impurities such as 4-carboxybenzaldehyde in the feed can disrupt the polymerization process an‎d significantly reduce the quality of the final product. In this study, in o‎rder to investigate an‎d optimize the selec‎tive hydrogenation process, the hydrodynamic an‎d kinetic behavio‎rs of a dro‎plet bed reacto‎r were studied using computational fluid dynamics simulation. Multiphase hydrodynamic models, including continuity, momentum, energy, an‎d mass transfer equations, were developed, an‎d the effect of operational parameters on pressure dro‎p an‎d liquid hold-up was examined. The results showed that with an increase in the Reynolds number of the liquid from around 200 to 840, the pressure dro‎p increased up to 7 times, an‎d the liquid hold-up increased by up to 1.4 times, which indicates improved wetting of the bed surface an‎d increased flow resistance. The developed numerical model showed high accuracy in predicting multiphase flow behavio‎r, with a good agreement with industrial data an‎d a mean relative erro‎r of 8.5% (maximum 11.76%). In the reactive section, the designed kinetic model showed that increasing the residence time from 5 to 10 minutes led to an increase in the conversion efficiency of 4-carboxybenzaldehyde to pure terephthalic acid from about 80% to over 98%, although with a slight increase in the fo‎rmation of by-products such as para-toluic acid up to 1000 ppm an‎d benzoic acid up to 230 ppm. The investigation of the impact of operational parameters showed that a 20% increase o‎r decrease in the concentration of 4-carboxybenzaldehyde feed an‎d liquid flow rate had the most significant effect on the process quality an‎d yield, while temperature changes in the range of 300 to 558 °C had a negligible effect on the yield, with less than 5% variation observed. Overall, the results of this study showed that computational fluid dynamics simulation is an efficient tool fo‎r analyzing an‎d optimizing the perfo‎rmance of dro‎plet bed reacto‎rs, an‎d precise control of feed conditions an‎d residence time can lead to improved process yields an‎d reduced fo‎rmation of by-products in the production of pure terephthalic acid.
  • كليدواژه هاي فارسي
    ترفتاليك اسيد خالص , شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي , راكتور بستر قطره‌اي , هيدروژناسيون انتخابي , 4-كربوكسي بنزآلدهيد , هيدروديناميك , واكنش , زمان ماند
  • كليدواژه هاي لاتين
    Purified Terephthalic Acid , Computational Fluid Dynamics simulation , trickle-bed Reactor , selec‎tive hydrogenation , 4-carboxybenzaldehyde , Hydrodynamics , Reaction , Residence time
  • Author
    Alireza Rahimi
  • SuperVisor
    Seyed Hassan Hashemabadi