مطالعه سينتيك واكنش‌هاي هم‌زمان ايزومريزاسيون زايلن و تبديل اتيل بنزن

ترموسينتيك و كاتاليست

9/20/2023 12:00:00 AM

ازآنجايي‌كه تقاضاي سالانه پارازايلن، پركاربردترين ايزومر زايلن، در صنعت روبه‌افزايش است؛ مطلوب است واكنش¬هاي ايزومريزاسيون زايلن و تبديل اتيل بنزن به‌گونه‌اي هدايت شوند كه در محصول نهايي واكنش¬ها، پارازايلن بيشتري توليد شده باشد. مطالعه سينتيك حاكم بر اين واكنش¬ها، جهت تعيين سينتيك واكنش¬ها و در نهايت مدل‌سازي و پيش¬بيني نتايج راكتور، بسيار اهميت دارد. پس از مطالعة نتايج به‌دست‌آمده از طريق معادلات سينتيكي در نظر گرفته شده و مقايسة آن با نتايج تجربي كه از طريق تست آزمايشگاهي به دست آمدند، ثوابت سينتيكي تعيين مي¬گردد. اين پژوهش به مطالعه هم‌زمان ايزومريزاسيون زايلن¬ها و تبديل اتيل بنزن خواهد پرداخت و به دليل استفاده از داده¬هاي آزمايشگاهي با خوراك صنعتي در كنار واكنش¬هاي اصلي، ساير واكنش¬هاي جانبي را نيز در نظر خواهد گرفت؛ لذا نوآوري اصلي اين پژوهش، بررسي سينتيك هم‌زمان واكنش¬هاي ايزومريزاسيون زايلن¬ها و واكنش¬هاي تبديل اتيل بنزن در يك راكتور كاتاليستي بر روي كاتاليست Mo-Pt @ZSM5 است. تست-هاي آزمايشگاهي در فاز گازي و دماهاي ثابت 370 تا 400 درجه سلسيوس در راكتور كاتاليستي و بر روي كاتاليست مذكور انجام شده است. بررسي نتايج به كمك پنج مدل مختلف صورت‌گرفته است. مدل اول بررسي نتايج به كمك شبيه‌سازي راكتور گيبس در نرم‌افزار Aspen-HYSYS بود كه نشان داد داده¬هاي آزمايشگاهي با خطاي تصادفي حدود 1% به نتايج راكتور گيبس نزديك است؛ لذا در محدوده‌هاي كوچك تغيير دما، ثوابت سرعت واكنش را مي¬توان مستقل از دما در نظر گرفت. مدل دوم؛ مدل ساده شده‌اي بر پاية واكنش تبديل متازايلن به پارازايلن مي¬باشد كه با مقادير بيش از 1340 سانتيمتر مكعب محصول بر گرم كاتاليست بر ساعت، حداقل خطا به دست مي¬آيد و ¬اين مقدار به‌عنوان مقدار بهينه براي k3 در نظر گرفته‌شده. مقايسه اين منحني¬ها و نتايج تجربي نشان از دقت قابل‌قبول مدل سينتيكي به‌دست‌آمده دارد و روند تغييرات در پيش‌بيني مدل منطقي مي-باشد. در مدل سوم، سينتيك معادلات سرعت به‌گونه‌اي بررسي شدند كه از ترم جذب صرف‌نظر شده بود. نتايج نشان داد كه ثوابت سرعت به‌دست‌آمده در دماهاي مختلف كاهشي است؛ يعني با افزايش دما، ثوابت سرعت‌كاهش يافتند. احتمالاً صرف‌نظر از ترم جذب موجب عدم سازگاري ثوابت سرعت به‌دست‌آمده در اين مدل با قانون آرنيوس گرديده¬ است. مدل چهارم، بررسي سينتيك معادلات سرعت همراه با درنظرگرفتن ترم جذب در معادلات سرعت بود كه با توجه به خطاي آزمايشگاهي حدود 1% و نيز مقادير مختلف WHSV، هيدروژن، پيش‌بيني مدل نسبتاً خوب است. پس از برازش ثوابت سرعت در دماهاي مختلف، ‌ مقادير ثوابت تعادل جذب سطحي كه در مخرج ظاهر مي‌شود صرفاً براي متازايلن، Km=0.0012، و اتيل بنزن، Keb=0.0379، با استفاده از الگوريتم ژنتيك محاسبه گرديد. ثوابت سرعت به‌دست‌آمده در اين مدل براي واكنش سوم، تبديل متازايلن به پارازايلن 〖mole〗_i/(〖gr〗_cat.hr) k3=0.0561 و ديگر ثوابت سرعت به‌صورت زير به دست آمد: 〖mole〗_i/(〖gr〗_cat.hr) k9=0.0285، K07=1417 ، E7=35592، k011=3.156107، E11=1.283105. نتايج مورد بررسي در اين مدل نشان مي¬دهد كه طول راكتور، غظت متازايلن و اورتوزايلن كمتر شده و غلظت پارازايلن زياد مي¬شود كه اين براي ما مطلوبست. مدل پنجم، مدل سينتيكي با درنظرگرفتن ضرايب انتقال جرم مي¬باشد. اين مدل كه تعميم روش دوم كاپلازو بوده و ترم¬هاي جذب در مخرج صرف‌نظر مي‌شود اما ضرايب انتقال جرم لحاظ شده است. نتايج به‌دست‌آمده در اين مدل نشان داد كه مي¬توان از مقاومت انتقال جرم براي زايلن‌ها صرف‌نظر كرد. ولي، در مورد اتيل بنزن، مقاومت انتقال جرم، تاثير بيشتري دارد.

226023

دانشگاه اردکان

امامي ميبدي مجيد Emami Meybodi Majid , اسماعيلي فرج سيد حميد Esmaeili Faraj Seyed Hamid