توضیحات

پروژه متلب راکتور چندلوله ای شامل واکنش انتقال(شیفت) گاز-آب

دانلود مقاله مرجع

راکتورهای لوله ای(Tubular reactor):

در صنایع شیمیایی برای فرآیندهای با مقیاس بزرگ معمولاً از راکتورهای لوله ای استفاده می شود. زیرا نگهداری سیستم راکتورهای لوله ای آسان می باشد(چون دارای قسمت های متحرک نیستند و معمولاً بالاترین درصد تبدیل مواد اولیه در واحد حجم راکتور را در مقایسه با سایر راکتورهای سیستم جاری دارا هستند.

شکل نمایی از راکتور لوله ای.

از محدودیت های این راکتورها مشکل کنترل حرارتی برای واکنش های گرمازایی است که بسیار سریع عمل می­کنند و نهایتاً منجر به نقاط داغ Hot Spot می گردند. شکل زیر یک راکتور لوله ای همراه سیستم سرمایشی می باشد که به علت سرعت زیاد واکنش، با وجود خنک شدن، در مرکز آن نقاط داغ Hot Spot بوجود آمده است. نقاط داغ Hot Spot باعث می شوند که کیفیت محصول کاهش یابد و دستگاه آسیب ببیند.

شکل نمایش نقاط داغ در یک راکتور لوله ای.

واکنش شیفت(جابجائی یا انتقال) آب-گاز(WGSR)

گاز سنتز(syngas) به طور عمده مخلوطی از گازهای مونوکسیدکربن، هیدروژن، دی اکسید کربن و سازنده اصلی در تولید سوخت ها و مواد شیمیایی است. این مخلوط از منابع مختلفی شامل زغال سنگ، شیل نفتی، ماسه قیری، بقایای نفتی سنگین یا گاز طبیعی با ارزش حرارتی پایین تولید می شود. واکنش شیفت آب-گاز(WGSR)، یک فناوری مؤثر اقتصادی در آماده کردن گاز سنتز برای ذخیره سازی با مصرف مستقیم در پیلهای سوختی است. در این واکنش گاز مونوکسید کربن به دی اکسیدکربن اکسید شده، و آب به هیدروژن احياء می شود.

از آنجا که این واکنش گرماده است، ثابت تعادلی با افزایش دما، کاهش می یابد و تبدیل کامل گاز مونوکسیدکربن را به هیدروژن محدود می کند. فرآیندی که در حال حاضر در صنعت برای این واکنش پذیرفته شده است، از راکتور کاتالیستی در دمای بالا استفاده می کند که در آن ثابت تعادلی ، تقریبا ۱۰ است.

از این واکنش برای خالص کردن گاز سنتز با حذف منوکسید کربن یا برای تنظیم نسبت H2O/CO استفاده می شود. واکنش انتقال گاز-آب در صنایع شیمیایی بعد از فرآیند هابر-بوش(برای تولید آمونیاک از نیتروژن و هیدروژن)، توجهات را به خود جلب کرده است. امروزه واکنش انتقال گاز-آب در فرآیند تولید سوخت سنتزی(فیشر-تروپش)، سنتزهای متانول و استیک اسید، و هیدروکراکینگ نفت کاربردهای فراوانی دارد.

فرآیند رایج انجام واکنش انتقال یا شیفت گاز-آب(WGSR) متشکل از دو راکتور بستر ثابت آدیاباتیک است که در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل فرآیند انجام واکنش انتقال گاز-آب(WGSR).

شرح پروژه:

در این پروژه راکتور چندلوله ای واکنش انتقال(شیفت) گاز-آب در متلب انجام شده است. معادله حالت پنگ-رابینسون-استریجک-ورا (PRSV-EoS) به انگلیسی (Peng−Robinson−Stryjek-Vera) به منظور توصیف رفتار مخلوط گازی استفاده شده است. 

مدل راکتور چند لوله ای(multitubular reactor):

مدل دوبعدی راکتور چندلوله ای براساس مقاله مرجع در شکل زیر نشان داده شده است.  

شکل راکتور چند لوله ای.

نمونه نتایج: