PEDCO

شبیه سازی راکتور متانول توسط نرم افزار Aspen Plus و استفاده از مدل سینتیکی LHHW

شبیه سازی راکتور متانول توسط نرم افزار Aspen Plus و استفاده از مدل سینتیکی LHHW
شبیه سازی راکتور متانول توسط نرم افزار Aspen Plus و استفاده از مدل سینتیکی LHHW

دومین ویدیوی آموزشی از مجموعه آموزشی نرم افزار Aspen Plus به آموزش نحوه شبیه سازی راکتور متانول در این نرم افزار اختصاص دارد.

در این ویدیو آشنایی با نحوه تعریف واکنش در نرم افزار Aspen Plus، آشنایی با انواع واکنش ها و نحوه واردکردن پارامترهای آنها آموزش داده شده است.

هدف از این شبیه سازی توسط پدکو استفاده از پارامتر ثابت سرعت واکنش ها در مقالات و پیاده سازی آنها به صورت قابل فهم برای نرم افزار بوده است.

این کلیپ توسط کارشناسان پدکو آماده شده و به صورت رایگان در اختیار علاقه مندان در وبسایت و کانال تلگرام پدکو قرار می گیرد.

متانول با فرمول شیمیایی CH3OH الکلی از نوع اول بوده و وجود پیوندهاي قوي C-H و O-H و همچنین گروه OH، نقش متمایزی به این ماده شیمیایی داده است. به دلیل اینکه این ماده قبلاً از تقطیر چوب بدست می آمد به آن الکل چوب نیز می گویند. متانول مایعی بیرنگ، شفاف، سمی، فرار و با قابلیت اشتعال بسیار بالاست .جرم مولکولی این ماده 32gr/mol، وزن مخصوص آن در دماي 25 درجه سانتیگراد حدود 3787gr/cm، نقطه جوش آن 64/7 درجه سانتیگراد و نقطه انجماد آن حدود 98- درجه سانتیگراد است.

به عنوان یک توضیح اجمالی، راکتور متانول راکتوری لوله ایی شکل بوده که دارای تعداد زیادی لوله عمودی می باشد‌. واکنش تولید متانول واکنشی کاتالیستی با کاتالیست Cu/ZNO/Al2O3 است؛ که معمولا این مدل کاتالیست ها به صورت قرصی شکل بوده و در داخل لوله های راکتور چیده شده و سپس ثابت نگاه داشته می شوند.

گاز سنتز تولید شده از داخل این بستر عبور کرده و در مجاورت کاتالیست تولید گاز متانول می نماید. از آنجا که راکتور تولید متانول دارای واکنشی گرمازا است، لازم است تا این گرمای حاصله توسط جکت فرآیندی دفع شود. به این منظور در اطراف لوله های راکتور سیالی در حرکت می باشد تا این گرمای تولید شده توسط واکنش را دفع نماید.

روش تولید متانول

برای تولید این ماده روش های متفاوتی وجود دارد اما همه آنها تقریبا به دو واکنش زیر ختم می شوند:

CO + 2 H2 → CH3OH

CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O

خوراک اولیه که در تمام واحدهای تولید این ماده مورد استفاده قرار می گیرد گاز سنتز است. گاز سنتز حاوی کربن مونواکسید (CO)، کربن دی اکسید (CO2) و هیدروژن (H2) است. گاز سنتز از روش ها و منابع مختلفی همچون گاز طبیعی، ذغال سنگ، بیومس و غیره می توان به دست آورد. امروزه به دلیل ارزان و دردسترس بودن عموما از گاز طبیعی برای تولید گاز سنتز و به دنبال آن از این ماده استفاده می شود؛ اما استفاده از ذغال سنگ نیز روز به روز در حال افزایش است.

فرآیند تولید متانول از گاز طبیعی

به طور کلی تولید این محصول پتروشیمی از گاز طبیعی شامل مراحل اساسی زیر است:

  • گوگرد زدایی از گاز طبیعی
  • تولید گاز سنتز
  • فشرده سازی گاز سنتز
  • سنتز
  • تقطیر

سنتز از اکسیدهای کربن بر پایه کاتالیستی با پایه CuO/ZnO صورت می گیرد که به عنوان کاتالیست سینتیک شناخته می شود. این نوع کاتالیست هم در راکتورهای آدیاباتیک و هم در راکتورهای ایزوترمال عملکرد ثابت شده و قابل قبولی دارد. تبدیل اکسیدهای کربن به متانول یک فرآیند گرمازاست که در فشارهای بالا و دمای پایین صورت می گیرد. واحد سنتز در فشار 10-110 بار و دمای 200-300 درجه سانتیگراد کار می کند.

تکنولوژی های متفاوت و فراوانی برای تولید این ماده توسط شرکت های مختلف دارای لایسنس (Lurgi, Haldor Topsoe, Davy, Uhde) ارائه شده است.

شماتیک فرآیند تولید متانول در شکل زیر نشان داده شده است:

فرآیند تولید متانول
فرآیند تولید متانول
سنتز متانول

برای واکنش هیدروژن بااکسیدهای کربن سه مکانیزم زیر شناخته شده اند که واکنشهای (2) و (3) مکانیزم غالب هستند.

CO2  + 3 H2 → CH3OH + H2O (-∆H at 298K, 50Bar = 40.9 kJ/mol) (1)

CO + 2 H2 → CH3OH   (-∆H at 298K, 50Bar = 90.7 kJ/mol) (2)

CO2 + H2 → CO + H2O (-∆H at 298K, 50Bar = 49.8 kJ/mol) (3)

همانگونه که پیشتر گفته شد فرآیند تولید این ماده بسیار گرمازاست و بیشترین درصد تبدیل را در دمای پایین و فشار بالا می توان به دست آورد. یکی از موارد مهم در تولید این ماده خارج کردن گرمای تولید شده در طی واکنش و پایین نگه داشتن دمای راکتور است.

راکتورهای متفاوتی برای فرآیند تولید متانول از گاز سنتز طراحی شده اند:

  • راکتور خنک کن (Quench reactor)
  • راکتورهای سری آدیاباتیک
  • راکتورهای آب جوش (BWR)
تقطیر و خالص سازی متانول

methanol خام تولید شده در طی مراحلی که شرح داده شد، حاوی خود این ترکیب، آب و الکل های سنگین تر است. برای خالص سازی این ماده از واحد تقطیر استفاده می شود. بسته به استفاده و میزان خلوص مورد نیاز برای آن از سیستم های تقطیر با دو ستون و یا بیشتر استفاده می گردد.

واحد تقطیر دو ستونی شامل دو بخش بالا دستی و پالایش است. در بخش بالا دستی ترکیبات سبک حذف شده و در قسمت پالایش مواد تحت تقطیر جز به جز قرار گرفته و این محصول از سایر مواد جدا می شود.

منابع:

Aasberg-Petersen, K., Nielsen, C. S., Dybkjær, I., & Perregaard, J. (2008). Large scale methanol production from natural gas. Haldor Topsoe22

Lücking, L. (2017). Methanol Production from Syngas: Process modelling and design utilising biomass gasification and integrating hydrogen supply.

http://profsite.um.ac.ir/~fanaei/_private/Methanol%20production.pdf

کلیپ آموزش شبیه سازی راکتور متانول در محیط نرم افزار Aspen Plus را می توانید در پایین همین و صفحه و نیز در کانال آپارات پدکو تماشا کنید.

این مطلب را به اشتراک بگذارید:

‏8 دیدگاه در نوشته‌ی “شبیه سازی راکتور متانول توسط نرم افزار Aspen Plus و استفاده از مدل سینتیکی LHHW

  1. pegah

    سلام وقت بخیر
    ببخشید تو این ویدیو خوراک رو نگفتین میشه منو راهنمایی کنید ؟

    1. pedco نویسنده

      عرض سلام و ادب
      در این ویدئو صرفا نحوه شبیه سازی راکتور بیان شده است. در صورتی که تمایل به دریافت اطلاعات بیشتری دارید، لطفا از طریق ایمیل با ما تماس بگیرید:
      info@pedcompany.ir

  2. mahya

    سلام،
    چگونه یک ایده جدید برای پایان نامه های دانشگاهی در زمینه مدل سازی و شبیه سازی پیدا کنیم؟ مثلا در رابطه با مدل سازی و شبیه سازی تبدیل کربن دی اکسید به متانول.
    با تشکر

    1. pedco نویسنده

      سلام بر شما.
      شما می تونید در این زمینه از افرادی که تجربه بالایی در صنعت دارند بخواید تا مشکلات موجود در واحدهای فرآیندی رو با شما درمیون بگذارند. بعد از تشخیص چالش موجود، با تمرکز روی روش حل و مشورت با افراد متخصص (اساتید، مهندسان خبره و …) می تونید ایده جدیدی در شبیه سازی و مدل سازی پیدا کنید.
      همچنین میتونید ایده هایی که افراد دیگه برای بهبود عملکرد واحدهای فرآیندی و یا طراحی واحدهای جدید ارائه کرده اند را تحلیل کرده و روشی برای آسان سازی و یا کاهش هزینه های تمام شده آن بیابید.
      موفق باشید

  3. مرتضی

    سلام
    وقت بخیر
    بنده شبیه سازی واحد تولید پروپیلن از روش هیدروژه زدایی پروپان در نرم افزار اسپن پلاس انجام می دهم
    دوتا سوال داشتم اول اینکه نوع کاتلیست را چطور باید معرفی کنیم یا همین که در تنظمیات راکتور تیک گزینه کاتالیست را بزنیم کافیه؟
    و دوم اینکه شبیه سازی احیا کاتالیست چطور انجام میشه در همان راکتور اصلی واکنش هست یا جداست؟
    ممنون

    1. pedco نویسنده

      عرض سلام و ادب
      پاسخ از طریق ایمیل برای شما ارسال گردید.
      موفق باشید

  4. عباسپور

    سلام خسته نباشید . تو اسپن پلاس ورژن ۱۱.۱ قسمت مربوط به کاتالیست نیست. شما میدونبن چطور و کجا اطلاعاتشو باید وارد کرد؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *