سنتز اتان و اتیلن به وسیله واکنش OCM به خاطر اکسیداسیون پیچیده غیرهمگن و کاتالیستی بودن دارای گزینش پذیری و بازدهی پایینی است. واکنش ها و فرایندهای زیادی جهت تولید اتیلن آزمایش شده است و تحقیقات نیز جهت بهبود گزینش پذیری و بازدهی اتیلن ادامه دارد. در این راستا کاتالیست های مختلفی در واکنش های همگن – غیر همگن امتحان شده است. واکنش در دماهای مختلفی صورت گرفته است و نسبت های مختلفی از متان به اکسیژن ورودی آزمایش شده است. اتان و اتیلن با جفت شدن رادیکال های متیل در فاز گازی تشکیل می شوند. علاوه بر جفت شدن رادیکال ها با یکدیگر واکنش های نامطلوب ممکن است به تشکیل COx ها منجر شوند. در بسیاری موارد یک رابطه مستقیم بین خواص بازی و اسیدی و عملکرد کاتالیست وجود دارد.
آزمایش های زیادی انجام می گیرد که فرایند OCM برای تولید هیدروکربن های C2 علی الخصوص اتیلن با بازدهی بالا انجام گیرد. بنابراین در راستای یافتن برای بهترین و موثرترین کاتالیست راکتورهای مختلفی نیز مورد آزمایش قرار گرفته اند که ضمن تبدیل بالای متان بر محدودیت بازدهی پایین و گزینش پذیری پایین اتیلن نیز غلبه کنند.
فصل اول
1- کلیات
1-1- فرایند تبدیل مستقیم اتات به اتیلن
فرایند تبدیل متان به اتیلن با وجود پیچیدگی ها و مراحل زیاد در دو مرحله واکنش زیر خلاصه می گردد:
(1) 4CH4+O2->2C2H6+2h3O

(2) C2H6->C2H4+h3

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

مکانیسم واکنش های فوق پیچیده است. قسمتی از اکسیژن بر روی سطح کاتالیست در دماهای بالا فعال شده و با متان بر روی سطح فلز واکنش می دهند. در این حالت ساختار خاصی برای اکسیژن مانند O- تصور می شود که بسیار فعال می باشد. بنابراین می توان تصور کرد که فرایند  OCM تنها در دماهای بالا و معمولا در رنج دمایی (1073 – 873 درجه کلوین) رخ می دهد. اگر O- یک گونه فعال باشد O- یا سطحی که O- را بروی خود قبول می کند باید در دمای بسیار بالایی بر روی سطح فلز تولید شود. در این حالت متان با از دست دادن هیدروژن بر روی سطوح فعال برای تشکیل رادیکال های متیل فعال می شود. اتان و اتیلن نیز در نتیجه جفت شدن رادیکال های متیا در فاز گازی تشکیل می شوند.
انواع راکتورها از جمله راکتور با بستر ثابت، بستر سیال، غشاء، راکتور با جریان معکوس و راکتور با بستر متحرک جریان غیرهمسو آزمایش شده و شبیه سازی شده اند اما راکتور با بستر ثابت و راکتور با بستر سیال در مطالعات آزمایشگاهی کاربرد زیادتری داشته است و آن هم به خاطر سهولت کار کردن با آنها نسبت به بقیه است. در این مطالعه ما قصد داریم که با استفاده همزمان از این دو راکتور ضمن تبدیل بالای متان بازدهی و گزینش پذیری اتان و اتیلن را بالا ببریم. اما قبل از ورود به فرایند مورد نظر نتایج حاصله از آزمایشات که با این نوع راکتورها انجام شده و در آن از کاتالیست های مختلف استفاده شده و واکنش ها نیز در شرایط عملیاتی مختلفی انجام شده است بپردازیم. سپس با انتخاب موثرترین کاتالیست و بهترین شرایط عملیاتی به طراحی واکنش بپردازیم و نتایج حاصل از آن را به صورت مدل ریاضی در بیاوریم.
بنابراین مطالعه را در دو بخش ابتدا راکتورهای بستر ثابت که در آن تاثیر کاتالیست های مختلف و شرایط عملیاتی آزمایش می شود و سپس راکتورهای بستر سیال در آن آزمایش می شوند، انجام می دهیم. بعد به بررسی طرحی می پردازیم که در آن واکنش OCM ابتدا در یک راکتور با بستر ثابت (یا راکتور فلودایز) انجام می شود و جریان خروجی از راکتور اول از یک مرحله جداسازی که در آن محصولات از متان و سایر گازها جدا می شوند عبور می کند و متان واکنش نکرده خروجی راکتور اول، وارد راکتور دوم می گردد.

اسید فسفریک صنعتی تولید با روش تر (Wet- Process) که محصول واکنش سنگ معدن فسفات و اسید سولفوریک است، به منظور خالص سازی و به دست آوردن اسید فسفریک در درجه های خوراکی و دارویی و… به وسیله سرمایش مستقیم کریستاله شد.
بررسی های انجام شده به وسیله آزمایش نشان داد که کریستالیزاسیون مستقیم به دلیل افزایش شدید ویسکوزیته در دماهای پایین تر از (20- درجه سانتیگراد) امکان پذیر نیست. همچنین آزمایشات نسان داد که ناخالصی های موجود در اسید فسفریک صنعتی مانند کلسیم، منیزیم، آهن و آلومینیوم که از طریق سنگ معدن فسفات و اسید فسفریک وارد محصول می شوند، مقاومت اسید را برای رسیدن به ناحیه فوق اشباع و کریستالیزاسیون به شدت افزایش می دهند و اسید در دماهای پایین به توده ای سخت و منجمد تبدیل می شود.
برای جلوگیری از این امر قبل از اینکه پدیده توده ای شدن اتفاق بیفتد در دمای 15- درجه سانتیگراد از دانه های اسید فسفریک (Seeds) استفاده می کنیم. در این صورت فوق اشباعی صرفا در جهت رشد دانه ها مصرف می شود و از هسته زائی اولیه (Primery nucleation) که عاملی مهم در افزایش ویسکوزیته است جلوگیری می شود. برای کاهش ویسکوزیته در حین سرمایش از محلول های بی اثر مانند آب مقطر و اسید سولفوریک استفاده شد.
در انتها نیز کریستالیزوری برای تولید یک تن اسید سولفوریک در روز به همراه سیستم سرمایش آن با بهره گرفتن از داده های به دست آمده طراحی شده است.
فصل اول: خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اسیدفسفریک
1-1- اسید فسفریک
1-1-1- خصوصیات
خصوصیات فیزیکی: اسید فسفریک به صورت بدون آب و خالص H3PO4 با mp=42/35 درجه سانتیگراد و Mw=98 و p=1/88g/cm3 به فرم کریستال های بی رنگ و قابل حل در آب می باشد. اسید فسفریک آبدار با فرمول 1/2h3O , H3PO4 نیز شناخته شده است. شکل 1-1 دیاگرام فازی H3PO+h3O را نشان می دهد.

اسید فسفریک به طور نامحدود در آب قابل حل می باشد. این ماده در سه غلظت استاندارد در دسترس می باشد.

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

75% H3PO4 with 54,3% P2O5 , mp=-20 ‘C
80% H3PO4 with 58,0% P2O5 , mp=0 ‘C
85% H3PO4 with 61,6% P2O5 , mp=21 ‘C
اسید 85% (p=1,687g/cm3) شربتی مانند است، دارای ویسکوزیته بالایی می باشد و در شرایط سرمای زیاد (super cool) نگهداری می شود. اسید بی آب را می تواند از اسید 85% با تبخیر در دمای 80 درجه سانتیگراد به دست آورد.
جدول (1-2) و (1-3) نیز تغییرات دانسیته اسید فسفریک را در غلظت های مختلف و در محدوده دمایی 10 – 40 درجه سانتیگراد نشان می دهند.
جدول (1-4) و (1-5) ظرفیت گرمایی اسید فسفریک را در دماها و غلظت های مختلف نشان می دهند.
سایر خصوصیات فیزیکی اسید فسفریک نظیر گرمای تشکیل و ذوب اسید فسفریک، فشار بخار محلول های اسید فسفریک، نقطه جوش و انجماد و گرمای رقیق سازی در شکل ها و جداول زیر نشان داده شده است.
این جداول نشان می دهند که دانسیته اسید فسفریک در محدوده دمایی 25 – 100 درجه سانتیگراد تقریبا ثابت باقی می ماند. همچنین با بهره گرفتن از این جداول می توان دریافت که این قانون برای گرمای مخصوص (Specific heat) نیز صحیح است.
خصوصیات شیمیایی: ارتو فسفریک اسید به صورت سه ظرفیتی (tribasic) می باشد. ثوابت تفکیک به قرار زیر می باشد.
با این پایه base محلول آبی دی هیدروژن فسفات دارای قدرت اسیدی ضعیف می باشد و به دنبال آن محلول آبی هیدروژن فسفات و سپس سومین فسفات دارای قدرت اسیدی ضعیف تر و یا دارای قدرت بیشتری می باشند.

:
داشتن زندگی عاری از خطر آرزو و هدف همۀ مردم در همۀ اعصار بوده است. زیرا میل به ایمنی و امنیت بخش تفکیک ناپذیری از ماهیت همۀ انسانها می باشد. از طرفی دیگر بشر همواره در تلاش برای بهبود زندگی و راحتی بیشتر بوده و در این راه سعی کرده با ایجاد تغییر در طبیعت، متغیرهای آن را به خدمت خود در آورد که در این راه همواره با دست یابی به مواد، تجهیزات، دستگاه ها و به عبارتی ساده تر به خدمت گرفتن فن آوری نوین و غیره و همان اندازه نیز با خطرات بیشتر و همچنین جدیدتری مواجه گردیده است.
ایدۀ ایمنی از همان سالهای نخست زندگی بشر شکل گرفت، انسانهای اولیه دلایل خوبی برای اتخاذ احتیاطات و تدابیر دفاعی داشتند آنها به دلیل عدم اطلاع از علل واقعی از خطرات طبیعی که در مجاورت خود داشتند می ترسیدند، وجود حیوانات وحشی یک منبع دائمی خطر در اطراف آنها به شمار می رفت، منابع غذایی محدود بود و… به همین دلایل انسانهای نخستین نیز همواره سعی در افزایش توانایی های دفاعی خود داشتند. آنها یاد گرفتند که خطرات را ارزیابی کنند و در مقابل آنها واکنش دفاعی نشان دهند ، بدون شک انسان های ماقبل تاریخ توانایی طرح و اجرای برنامه های ایمنی را داشتند. که این امر نقش حیاتی در زنده ماندن آنها ایفا کرد.
با گذشت زمان طرحهای ایمنی شکل اجتماعی به خود گرفت، برای تأمین نیازهای ایمنی مردم شروع به تطابق، کشف و اختراع وسایل جدید نمودند که مجموع این تلاش ها بر توانایی آنها در ایجاد و سرعت بخشیدن به تغییرات دلخواه افزوده است.

شواهد موجود نشان می دهد که انسان خیلی زود یاد گرفت با این گونه خطرات که بدلیل عدم مراقبت و حفاظت ناکافی و نامناسب در هنگام استفاده از تجهیزات و مواد مختلف رخ می دهد برخورد کرده و برای حذف یا به حداقل رساندن پیامدهای آنها ابزارهای کنترلی را به خدمت بگیرند، او آموخت که در هنگام مواجهه با ماهیتهای تهدید کننده، تغییراتی در رفتارهای اجتماعی خود ایجاد کند این تغییرات در راستایی بود که توسعه و پیشرفت را با عملکردی سودمند مطابق ساز د که گسترش ایمنی در

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

 برنامه های مختلف نمونه ای از این تطابق هاست و نهایتاً اینکه رسیدن به اصول ایمنی امروزی نتیجۀ قرنها تلاش و تجربۀ طاقت فرساست.

فصل اول: کلیات
1-1- هدف
با روند شتاب زده ای که از نیمۀ دوم قرن بیستم در توسعه و گسترش سیستمهای حساس و پیچیده بوجود آمد این ایده قوت یافت که برای ارزیابی ایمنی سیستمها دیگر نمی توان منتظر وقوع حوادث شد تا بتوان از طریق تجزیه و تحلیل آن نقاط ضعف سیستم را شناسائی و برطرف کرد و لذا سعی گردید که روش هایی برای ارزیابی ایمنی ابداع شود که قادر باشند پتانسیل وقوع خطر را قبل از عملیات سیستم شناسائی نمایند که نتیجۀ این تلاش به شکل گرفتن علم ایمنی سیستمها منجر شد که براساس یک برنامۀ طرح ریزی شده، قانونمند و سازماندهی شده و در قالب یک فرایند “پیش گیرنده” قرار دارند.
از طرف دیگر با وجود همگامی گسترش صنایع با توسعه و تقویت علم ایمنی در کشورهای توسعه یافته، در کشور ما علیرغم تلاشهای زیادی که در راه گسترش صنایع مبذول گردیده است بُعد اساسی ایمنی بدست فراموشی سپرده شده یا حداقل به صورت سطحی بدان پرداخته شده است.
2-1- پیشینۀ تحقیق
تا قبل از سال 1940 میلادی، ایمنی به صورت کنترل خطرات آشکار در مراحل اولیۀ طراحی سیستم مطرح می شد.
یعنی طراحان متکی به روش سعی و خطا بودند. برای مثال این روش در صنعت هوانوردی به پرواز – تعمیر – پرواز معروف بود. بدین صورت که با بهره گرفتن از دانش موجود هواپیما طراحی می شد و به پرواز در می آمد تا اینکه مشکلات ظاهر می شد. سپس مسائل و
مشکلات برطرف شده و دوباره هواپیما به پرواز در می آمد. واضح است که این روش برای هواپیماهای با سرعت کم و ارزان قیمت کارساز بود، در حالی که مثلاً برای سلاحهای هسته ای و سفرهای فضایی قابل قبو ل نبود . زیرا پیامدهای حوادث مربوط به آنها بسیار شدید بود. روش سعی و خطا برای سیستمهایی که باید در لحظۀ شروع کار ایمن باشد، مناسب نبودند. از این رو بود که از آن به بعد برنامۀ ایمنی سیستم به عرصۀ ظهور درآمده و یا دقیق تر اینکه تکامل پیدا کرد. در واقع پروژه های مربوط به موشک و سیستمهای فضایی سبب رونق مهندسی ایمنی سیستم شدند.
در این سیستمها نیاز به روش جدید برای کنترل خطرات کاملاً آشکار شد. موشکهای بالستیک قاره پیما در سال 1960 میلادی اولین سیستمهایی بودند که برای آنها برنامۀ ایمنی سیستم به صورت رسمی و منظم پیدا شد . وزارت دفاع آمریکا 1966 میلادی اولین سند برنامۀ ایمنی سیستم را منتشر نمود. بدنبال آن ناسا نیز برنامۀ ایمنی سیستم را به صورت یکپارچه در عملیات فضایی بکار برد. بسیاری از موفقیتهای برنامه های فضایی مرهون پیاده سازی و اجرای برنامۀ ایمنی سیستم می باشد.
سرانجام استفاده از برنامۀ ایمنی سیستم در صنایع تجاری نیز معمول گشت. به طوری که امروزه این برنامه در نیروگاه های هسته ای، پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی کاربرد فراوان دارد. اولین بار در سال 1985 میلادی، انجمن مهندسین شیمی آمریکا اصول راهنمای
روش های ارزیابی خطر را برای صنایع پتروشیمی ارائه نمودند. در این راهنما بسیاری از ابزارهای تجزیه و تحلیل ایمنی سیستم مطرح گردیده است.

:
امروزه در پالایشگاه های نفت و گاز و مجتمع های پتروشیمی، مدل های کامپیوتری و تکنیک های ریاضی نقش مهمی را در طراحی تجهیزات جدید کارآمد و بهینه سازی آنها ایفا می کند. در این راستا در مهندسی واکنش ها بررسی واکنش های هتروژنی جامد – گاز و پدیده هایی مانند انتقال حرارت، نفوذ و واکنش شیمیایی در تجهیزات فرایندی و خطوط تولید از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در چند دهه اخیر محققان تلاش های زیادی را در جهت مدل سازی این پدیده ها با بهره گرفتن از ابزارها و نرم افزارهای پر قدرت به منظور افزایش راندمان تجهیزات و واحدها و همچنین درک بهتر از مکانیزم های فیزیکی و شیمیایی فرایندها انجام داده اند و توسط آن توانسته اند تکنیک های جدیدی را در زمینه های شبیه سازی و بهینه سازی فرایندها به منظور کاهش هزینه های اقتصادی و بهره وری بیشتر ارائه نمایند.

در این میان طراحی و مدلسازی راکتورهای کاتالیستی بستر ثابت توجه بسیاری از محققان و مهندسان را در چند دهه گذشته به خود جلب کرده است. تحلیل کلی راکتورهای بستر ثابت از مقیاس میکروسینتیک (با بررسی دانه و ساختار حفره ای آن که پدیده های نفوذ و واکنش در آن رخ می دهد) آغاز می گردد. و به مقیاس ماکرو (با مطالعه و تحقیق بر شکل هندسی و مشخصات بستر راکتور جایی که پدیده های جابجایی و انتقال جرم و حرارت و پراکندگی رخ می دهد) ختم می گردد. مهم ترین و اساسی ترین بخش این مدلسازی که حکم قلب راکتور کاتالیستی بستر ثابت را دارد مدل سازی دانه کاتالیست و رفتار جریان سیال در داخل دانه می باشد. در پروژه

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

 حاضر به بررسی یک دانه کاتالیست متخلخل از نوع تیتانیت پروسکایت و مدلسازی آن توسط دینامیک سیال محاسباتی (CFD) در واکنش جفت اکسایشی متان (OCM) خواهیم پرداخت. نرم افزار مورد استفاده در این تحقیق جهت مدلسازی FLUENT & GAMBIT می باشد که یکی از ابزارهای CFD به شمار می آید. CFD یکی از شاخه های دینامیک سیالات می باشد که از روش ها و الگوریتم عددی برای حل و تجزیه مسائل جریان سیال، انتقال حرارت و پدیده های همراه نفوذ و واکنش شیمیایی براساس شبیه سازی کامپیوتری استفاده می نماید. هدف نهایی از این شبیه سازی در این پروژه ارائه یک برنامه کامپیوتری است که بتواند با وارد کردن دما، فشار و جزء مولی اجزای خوراک در آن، دماهای خروجی و همچنین جزء مولی محصولات را در طول دانه کاتالیست پیش بینی نمود.

همان گونه که اشاره شد در این پروژه به کاربرد CFD در مدل سازی دانه کاتالیست متخلخل تیتانیت پروسکایت در واکنش جفت اکسایشی متان (OCM) خواهیم پرداخت. واکنش جفت شدن اکسایشی متان که یکی از روش های تبدیل مستقیم متان به هیدروکربن های باارزش تر مانند اتان و اتیلن می باشد در چند سال گذشته تحقیقات زیادی بر روی آن شده است. مسئله اساسی در این واکنش رسیدن به گزینش پذیری بالا برای اتیلن و میزان تبدیل مناسب متان بدون واکنش احتراق کامل متان می باشد. توصیف بیشتر این فرایند در بخش های بعدی آمده است.
ساختار و فصل بندی این پروژه به این صورت است که در فصل اول به اهمیت و کاربردهای CFD در مهندسی شیمی و مروری به تحقیقات پیشین در واکنش های هتروژنی جامد – گاز می پردازیم. در فصل دوم اصول و تئوری واکنش های هتروژنی و رفتار دانه کاتالیست متخلخل و برهم کنش های آن در واکنش فاز گازی را مورد مطالعه قرار می دهیم. سپس به معرفی و مکانیزم های فرایند جفت اکسایشی متان و اطلاعات سینتیکی و ترمودینامیکی مربوطه خواهیم پرداخت.
در ادامه فصل چهارم شامل بخش تجربی می باشد که جهت ارزیابی اعتبار مدل یکسری آزماشات مشابه با شرایط مدل سازی طراحی و اجرا شده است و فصل بعدی شامل مدل سازی دانه کاتالیست و نتایج بحث حاصل از آن می باشد.

تقطیر روشی است برای جداسازی اجزای یک محلول، بر اساس قابلیت توزیع مواد بین فازهای گاز و مایع، وقتی كه تمام اجزا در هر دو فاز موجود باشند. در اینجا بر خلاف عمل جذب یا دفع گازی، كه در آنها ماده جدیدی به منظور ایجاد فاز دوم به مخلوط اضافه می شود، فاز جدید به وسیله تبخیر یا میعان از محلول اولیه تشكیل می شود.
برای روشن شدن تفاوت بین تقطیر و سایر عملیات، به ذكر چند مثال می پردازم. در جداسازی آب و نمك معمولی، چون نمك در شرایط موجود كاملاً غیر فرار است باقی می ماند و آب تبخیر میشود. این عملیات تبخیر نام دارد. و اما تقطیر جداسازی محلول هایی است كه تمام اجزا آن فراریت نسبی داشته باشند. از این دسته، جداسازی اجزای محلول مایعی از آمونیاك و آب را در نظر بگیرید. همانگونه كه می دانیم وقتی محلول آمونیاك – آب را در مجاورت هوا (كه اساساً در مایع نامحلول است) قرار دهیم، آمونیاك دفع میشود اما به دلیل مخلوط بودن با بخار آب و هوا خالص نیست. به عبارت دیگر، با حرارت دادن، میتوانیم محلول را به طور جزئی تبخیر كنیم به طوریكه فاز گازی شامل آب و آمونیاك تشكیل گردد و از آنجایی كه فاز گاز، نسبت به مایع باقی مانده ، از نظر آمونیاك غنی تر است، مقداری جداسازی صورت می گیرد. با دستكاری
مناسب فازها یا تكرار تبخیر و میعان، میتوان به طور معمول هر دو جزء مخلوط را به صورت خالص كاملاً جدا كرد.

مزایای چنین روش جداسازی ای روشن است. در عمل تقطیر، فاز جدید از جهت ارزش گرمایی با محلول اولیه تفاوت دارد؛ ولی دادن یا گرفتن حرارت به راحتی صورت

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

 میگیرد كه البته هزینه انجام این عمل باید همیشه در نظر گرفته شود. به عبارت دیگر، در عملیات جذب یا دفع ، كه با افزودن یک ماده خارجی همراه است، محلول جدیدی به دست می آید كه به نوبه خود باید بوسیله یكی از عملیات انتقال جرم جداسازی شود مگر اینكه محلول جدید مستقیماً قابل استفاده باشد.

با این وجود ، در جداسازی مستقیم كه با تقطیر نیز انجام می شود، فرایند دیگری برای جداسازی لازم نیست و به همین خاطر این عمل یكی از مهمترین عملیات های انتقال جرم است. با توجه به تفصیل فوق به بررسی یكی از گزینه های حساس جداسازی كه مربوط به جداسازی اجزایی با نقطه جوش های نزدیک پرداختیم و سعی كردیم از نقطه نظر های گوناگونی به بررسی این واحد بپردازیم.