دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

مدلسازی سنتز مستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز در یک راکتور دوغابی

چکیده:

سنتز مستقیم دی متیل اتر (DME) از گاز سنتز به شدت گرمازا است، بنابراین کنترل دما جهت تولید این ماده و همچنین روش مناسب انتقال حرارت در موفقیت چنین فرآیندی باید مورد توجه قرار گیرد. تحقیقات نشان داده است که راکتور دوغابی به دلیل داشتن ویژگی های مناسب انتقال حرارت و جرم، مناسبترین نوع در مقایسه با راکتورهای دیگر می باشد. در این تحقیق یک مدل ریاضی برای سنتز مستقیم DME از گاز سنتز در یک راکتور دوغابی با سیکل سینتیکی کامل، شامل مصرف CO، واکنش انتقال آب – گاز و آبگیری متانول، توسعه داده و مورد ارزیابی واقع شده است. این مدلسازی به کمک نرم افزار FLUENT، طبق مدل k-e با 10% شدت آشفتگی (مقدار صنعتی) انجام شده است. تاثیر پارامترهای فشار (25 تا 40 بار) و دما (220 – 280 درجه سانتی گراد) در شدت جریان خوراک 200 میلی لیتر در دقیقه و با نسبت جرمی یکسان از ترکیب CO و H2 بر میزان تبدیل CO و گزینش پذیری تولید DME بررسی شده است. مقایسه نتایج به دست آمده برای تبدیل CO و گزینش پذیری تولید DME از مدل جاری با نتایج تجربی، نشان می دهد که در هردو مورد حداکثر خطا کمتر از 11% می باشد.

مقدمه

دی متیل اتر (DME) یا متوکس متان با فرمول شیمیایی CH3OCH3 ساده ترین اتر آلیفاتیکی است. تا سال 1975 این ماده در صنعت به عنوان یک محصول جانبی در تولید فشار بالای متانول به دست می آمد به طوری که 3 الی 5 درصد وزنی تولید شده را دی متیل اتر تشکیل می داد و به همراه متانول خام بازیابی شد. در سال 1980 با اصلاح و توسعه روش های سنتز متانول به ویژه توسط شرکت های Lugi و ICI، تهیه متانوب در فشارهای پایین ممکن شد و واحدهای جدید کاملا جایگزین واحدهای قدیمی گردیدند، در نتیجه در این واحدها دی متیل اتر به میزان بسیار کم تولید می شود. از آن تاریخ همواره سعی بر این است که دی متیل اتر را از طریق فرایندهای خاص کاتالیستی تهیه کنند؛ به طوری که در حال حاضر دو روش عمده تولید این ماده عبارتند از سنتز کاتالیستی مخلوط گازی CO و H2 (گاز سنتز) که به روش مستقیم معروف است و دیگری آبگیری کاتالیستی از متانول که روش غیرمستقیم نامیده می شود.

تا دهه 1980 میلادی از مهمترین کاربردهای صنعتی DME تبدیل آن به دی متیل سولفات با استفاده از سولفور تری اکساید بوده است به طوری که از 50000 تن تولید سالانه طی سال 1988 در اروپا غربی، حدود 15000 تن آن در تولید دی متیل سولفات مصرف می شد و باقی مانده یعنی 35000 تن DME در صنعت آئروسل و به عنوان پیشران به کار برده شده است. به دلیل بالا بودن ضریب حلالیت، این ماده به عنوان حلال در فرمولاسیون آئروسل هایی که دارای اجزای با حلالیت کم هستند بسیار باارزش است.

در دهه 1990 میلادی کاربرد این ماده به عنوان سوخت موتور دیزل و جایگزین گازوییل به شدت مطرح شد که می تواند تحول عظیمی در بازار سوخت دیزل را در آینده سبب شود.

برخی از دلایل استفاده از این ماده عبارتند از:

– وجود منابع عظیم گاز طبیعی و سهولت تهیه دی متیل اتر از گاز سنتز و متانول که هردو را می توان از گاز طبیعی به دست آورد.

– داشتن دمای خود اشتعالی پایین.

– استفاده به عنوان یک سوخت اکسیژن دار در مخلوط هوا از تشکیل دوده جلوگیری می کند.

– استفاده از این سوخت در موتور دیزل میزان تشکیل NOx را کاهش می دهد.

در این تحقیق مدلسازی تولید مستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز انجام گرفته استو در فصل اول پایان نامه به بیان کلیاتی در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی، کاربردها و همچنین واکنش ها و فرایندها شناخته شده تولید دی متیل اتر تا به امروز پرداخته شده است. در فصل دوم بررسی در مورد راکتورهای مختلف مورد استفاده در تولید دی متیل اتر به ویژه راکتور دوغابی صورت گرفته است. در فصل سوم سینتیک های تولید دی متیل اتر در مقالات چاپ شده بیان گردیده است. در فصل چهارم ابتدا به بیان تئوری و روش های حل معادلات برای مدلسازی پرداخته شده و در ادامه نتایج مدلسازی و مقایسه با نتایج تجربی موجود و همچنین بررسی نتایج صورت گرفته است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.