دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

”M.SC” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – مهندسی شیمی

عنوان:

مدلسازی ریاضی غیر فعال شدن سولفات زیرکونیای اصلاح شده با پلاتین در فرآیند الکیلاسیون

چکیده

لزوم حذف سرب از بنزین و کاهش مواد آروماتیک و الفینی در آن به دلیل مسایل زیست محیطی باعث کاهش کیفی و کمی بنزین تولیدی می شود. بنابر این با استفاده از الکیلات ها به عنوان یک جزء افزودنی به بنزین می توان محدودیتهای اعمال شده را برطرف نمود. متاسفانه توسعه فرآیند های الکیلاسیون به کمک کاتالیستهای مایع HF و H2SO4 به دلیل حجم زیاد اسید مصرفی و مشکلات مربوط به ایمنی و بازیافت اسید با مشکل مواجه شده است. با استفاده از یک کاتالیست اسید جامد مناسب می توان این مشکلات را رفع کرد. با این وجود، مشکل اصلی کاتالیستهای جامد، طوت عمر بسیار کوتاه آنهاست.

جهت پیش بینی غیر فعال شدن اینگونه کاتالیستها، تحقیقات زیادی بر روی مکانیسم غیر فعال شدن صورت گرفته و مدلهای ریاضی متنوعی ارائه گردیده است که هر کدام با فرضیاتی خاص، نتایج تئوری متفاوتی را بدست آورده اند.

در این تحقیق غیر فعال شدن کاتالیست اسید جامد زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین با فرض مکانیسم پوشیده شدن سایتهای فعال توسط کک و کاهش سطح واکنش، به صورت ریاضی مدلسازی شده است. مدلسازی مذکور در سطح دانه های کاتالیست تدوین گردیده و حل معادلات ریاضی بدست آمده توسط نرم افزار Matlab نشان می دهد که کاتالیست در مدت کوتاهی فعالیت خود را از دست داده و درصد تبدیل در زمان 10 دقیقه افت قابل ملاحظه ای می کند . مقایسه نتایج تحقیق حاضر با نتایج تجربی و تئوری موجود دلیل بر قابل اعتماد بودن پیش بینی های این مدل می باشد.

مقدمه

الکیلاسیون یعنی افزایش یک گروه الکیل به یک ماده آلی، ولی در اصطلاح پالایش نفت عبارتست از واکنش یک الفین با یک ایزو پارافین در دما و فشار بالا، الکیلاسیون می تواند بدون کاتالیزور صورت گیرد ولی فرآیند های صنعتی الکیلاسیون با حضور کاتالیزور در دمای پایین انجام می شود. فرآورده الکیلاسیون بنزین با عدد اکتان بالااست که الکیلات نام دارد. الکیلات که عمدتا پارافین های پر شاخه در محدوده اکتان است، همه خواص مطلوب برای اختلاط با بنزین از جمله عدد اکتان بالا، فشار بخار پایین و نداشتن آروماتیکها، الفینها و گوگرد را دارا می باشد. با توجه به حجم زیاد مصرفی کاتالیستهای اسید مایع و مشکلات مربوط به ایمنی، ضرورت توجه به کاتالیستهای اسیدی جامد دو چندان شده است. با وجود تلاش زیاد در دهه های اخیر و آزمایش اسیدهای جامد قوی، هنوز کاتالیست مناسبی برای این منظور یافت نشده است. مشکل اصلی آن، طول عمر بسیار کوتاه کاتالیست و مشکلات مربوط به احیاء آن است.

در این پروژه غیر فعال شدن کاتالیست زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین به صورت ریاضی مدلسازی شده است.

در فصل اول نقش وحالت پلاتین و تاثیر آن در غیرفعال شدن کاتالیست بحث و بررسی شده است سپس در مورد راکتور های کاتالیستی برای فرآیند الکیلاسیون روی کاتالیست جامد توضیحاتی بیان شده و همچنین فرآیند الکیلاسیون با کاتالیست های اسید مایع HF و H2SO4 به طور کامل بیان شده است.

در فصل دوم به معرفی اجمالی کاتالیست های جامد پرداخته شده است. در فصل سوم مکانیزم و سینتیک واکنش الکیلاسیون بیان شده است. در فصل چهارم در ابتدا مدلسازی غیر فعال شدن کاتالیست، در سه سطح سایتهای فعال، ذره و راکتور به طور کامل بحث و بررسی شده است و سپس غیر فعال شدن کاتالیست زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین در سطح دانه های کاتالیست مدل شده است و همچنین در مورد حل معادلات ریاضی به روش تفاضل محدود و همچنین نوشتن برنامه کامپیوتری به زبان برنامه نویسی Matlab توضیحاتی بیان شده است. در فصل پنجم به بحث و نتیجه گیری پرداخته شده و همچنین پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی بیان شده است.

فصل اول: کلیات

1-1- هدف

هدف اصلی این پروژه مدلسازی غیر فعال شدن کاتالیست اسید جامد زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین، با فرض مکانیسم پوشیده شدن سایتهای فعال توسط کک و کاهش سطح واکنش، به صورت ریاضی می باشد. بر این اساس مدلسازی مذکور در سطح دانه های کاتالیست تدوین گردیده و حل معادلات ریاضی بدست آمده توسط نرم افزار Matlab نشان می دهد که کاتالیست در مدت کوتاهی فعالیت خود را از دست داده و درصد تبدیل افت قابل ملاحظه ای می کند. سپس مقایسه ای بین نتایج تحقیق حاضر با نتایج تجربی و تئوری انجام شده است.

2-1- پیشینه تحقیق

جهت پیش بینی غیر فعال شدن کاتالیستهای اسید جامد، تحقیقات زیادی بر روی مکانیسم غیر فعال شدن صورت گرفته و مدلهای ریاضی متنوعی ارائه گردیده است که هر کدام با فرضیاتی خاص، نتایج تئوری متفاوتی را بدست آورده اند. و سایت های مسموم و دهانه منافذ مسموم مکانیسم های پیشنهاد شده برای غیر فعال شدن کاتالیست های اسید جامد هستند اما نتایج تجربی بسیار محدود است و آنالیز های تئوری در مقالات در دسترس هستند و برخی از مقالات در ذیل اشاره می گردد:

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.