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