دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

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

مهندسی شیمی- طراحی فرایند

عنوان:

مدلسازی و شبیه سازی نشست کک در مبدل خط انتقال (Transfer line exchanger) واحد اولفین

چکیده

شکست حرارتی هیدروکربنها یکی از فرایندهای مهم در صنعت پتروشیمی می باشد که توسط این فرایند، اولفین ها بویژه اتیلن بعنوان محصول، تولید می شود. در این فرایند پیوندهای اولیه این مواد هیدروکربنی در درجه حرارتهای بالا شکسته شده و پیوندهای جدیدی جایگزین آن می شوند. برای جلوگیری از انجام واکنشهای ثانویه که منجر به نشست کک در این گونه واحدها می شود، جریان خروجی از راکتورهای شکست حرارتی بایستی سریعا سرد شود. این عمل در مبدلهای خط انتقال (TLE) انجام می شود. ازخصوصیات ویژه این مبدلها می توان از بالا بودن سطح تبادل حرارتی، سرعت بسیار زیاد، زمان اقامت کم در مبدل و تولید بخار با فشار بالارا نام برد. از مهمترین مسائل در فرآیند شکست حرارتی هیدروکربنها، نشست و تشکیل لایه کک در دیواره داخلی راکتور و مبدل خط انتقال (TLE) می باشد. مکانیزم تشکیل کک در مبدل (TLE) بدلیل بالا بودن دمای گازهای شکست حرارتی و در اثر ادامه این واکنشها اتفاق می افتد. در این پروژه در ادامه مدلسازی و شبیه سازی مبدلهای خط انتقال (TLE) در واحدهای اولفین، با ارائه یک مدل ریاضی، شبیه سازی نشست کک در این مبدل با در نظر گرفتن یک مدل جدید برای تولید کک انجام و به صورت یک نرم افزار کامپیوتری ارائه شده است. قابلیتهای نرم افزار مورد نظر شامل پیش بینی زمان عملکرد مبدل، توزیع درجه حرارت گاز و افت فشار در طول مبدل می باشد. در مدل مورد نظر برای تولید کک، هفت ماده را بعنوان عوامل پیشتاز کک در نظر می گیرد که عبارتند از:

– اتیلن و پروپیلن از خانواده اولفینها

– بوتادین از خانواده دی اولفینها

– بنزن، تولوئن، زایلن و استایرن از خانواده آروماتیکها

C2H4->Coke   C3H6->Coke   C4H6->Coke   C6H6->Coke

C7H8->Coke    C8H10->Coke   C8H8->Coke

در این مدل تمام واکنشها بصورت واکنشهای درجه اول در نظر گرفته شده و ثانیا تمامی ثابتهای سرعت از طریق مقادیر ثابتهای نسبی تولید کک به هم مربوط شده اند.

در فصول مختلف پایان نامه موارد ذیل بطور مفصل بررسی و تجزیه و تحلیل می شود:

– در فصل اول کلیات مربوط به واحد اولفین از جمله فرایندهای شکست حرارتی، جایگاه مبدلهای TLE در این واحد و کوره های شکست حرارتی بررسی می شوند.

– در فصل دوم کلیات مربوط به کک و نحوه تشکیل آن مشخص می شود.

– در فصل سوم مکانیسم واکنش های شکست حرارتی و نشست کک تجزیه و تحلیل شده و از بین روشها و مکانیسم های موجود (از جمله رادیکالی، ملکولی و…) روش مناسب انتخاب شده است. با انتخاب مکانیزم برتر، در فصل چهارم معادلات حاکم بر مدل معرفی خواهندشد و مدلسازی فرایند انجام می شود. در فصل پنجم حل مدل و برنامه کامپیوتری نوشته شده ارائه میگردد و با بهره گیری از زبان برنامه نویسی  Matlab نتایج برنامه بدست می آیند.

در پایان نتایج بدست آمده با اطلاعات واحد مقایسه می شوند و پیشنهادات لازم و مفید برای کارهای تکمیلی پروژه ارائه می شود.

مقدمه:

صنایع پتروشیمی به دلیل تولید مواد با ارزش افزوده بالا و تهیه مواد اولیه صنایع دیگر مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته است. در این صنایع از نفت و گاز طبیعی محصولات باارزشی همچون اولفین ها مانند پروپیلن، اتیلن و نیز وینیل استات، اکسید اتیلن و هزاران ماده ارزشمند دیگر تولید می شود که هرکدام به نوبه خود ماده اولیه برای سایر قسمتها و واحدهای صنعتی پایین دستی می باشند.

به لحاظ این که مواد اولفینی، ساختار اولیه برای مواد پلیمری هستند، ایجاد زنجیره های سنگین هیدروکربنی در ادامه عملیات شکست حرارتی امری اجتناب ناپذیر است.

برای مقابله با واکنش های ثانویه می بایست جریان خروجی از راکتورسریعاً خنک شود و به درجه حرارتی که از توقف واکنش های ثانویه جلوگیری نماید، برسد. در نتیجه استفاده از مبدلهای خط تبادل که اختصارا TLE نامیده می شود در واحد ضرورت پیدا می کند. پیش از این در دهه های گذشته، عملیات سرد کردن جریان خروجی از راکتور شکست حرارتی بوسیله تزریق روغن و یا آب انجام می شد که به روشهای سرد کردن مستقیم  معروفند. این روش علاوه بر افزایش هزینه های جداسازی، اتلاف حرارتی زیادی نیز به همراه داشت. استفاده از این گونه مبدلها، علاوه بر کاهش هزینه های جداسازی، تولید بخار با فشار بالا (قابل استفاده در توربین ها) را نیز به همراه خواهد داشت که در کاهش هزینه های واحد سهم بسزایی دارد.

بی تردید مدل سازی وشبیه سازی فرآیند ها در واحدهای صنعتی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. امروزه شبیه سازی به معنای استفاده از کامپیوتر درحل مدلهای ریاضی سیستم است که ابزار کار طراح می باشد و طراح را قادر به مطالعه فرآیند می کند. مزیت اصلی مدل سازی و شبیه سازی در این است که با صرف کمترین هزینه و درکوتاه ترین مدت زمان، می توان با دقت بالائی همان نتایج تجربی را بدست آورد بدون آن که تغییری در واحد صنعتی داده شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.