پایان نامه رشته مهندسی شیمی شبیه سازی رآکتور سنتز متانول

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه رشته مهندسی شیمی شبیه سازی رآکتور سنتز متانول دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

دانلود پایان نامه آماده

دانلود پایان نامه رشته  مهندسی شیمی شبیه سازی رآکتور سنتز متانول با فرمت ورد و قابل ویرایش تعدادصفحات 72

تاریخچه    

مصریان باستان جهت مومیایی کردن ازمخلوطی استفاده می کردند که شامل متانول نیزبود،که آنرا از پیرولیز چوب به دست آورده بودند با این وجود متانول خالص برای اولین بار توسط رابرت بویل در 1661 جدا سازی شد، که او آنرا Spirit of box  نامید. زیرا در تهیه آن از چوب صندوق استفاده کرده بود که بعداً به Piroxilic Spirit  معروف شد. در سال 1834 ، شیمیدانان فرانسوی آقایانJean -Baptiste وEugene Peligot  عناصر تشکیل دهندة آنرا شناسایی کردند ،آنها همچنین لغت methylene را به شیمی آلی وارد کردند که واژه methu به معنای شراب واژه hyle به معنای چوب بود. سپس در سال 1840 واژه methyl  از آن مشتق شد و جهت توصیف Methyl Alcohol  استفاده شد. سپس این نام در سال 1892 به وسیله کنفرانس بین المللی نامگذاری مواد شیمیایی بهMethanol کوتاه شد.    در1923،دانشمند آلمانیMattias Pier که برای شرکتBASFکارمی کرد،  طرحی را جهت تولید متانول از گاز سنتز (مخلوطی از اکسیدهای کربن و هیدروژن که از زغال به دست می آمد و در سنتز آمونیاک نیز کاربرد دارد ) ارائه کرد. که در آن از کاتالیست روی- کرم استفاده می شد و شرایط سختی از نظر فشاری (1000 الی300  اتمسفر) و دما (بالای  ) داشت. تولید مدرن متانول هم اکنون توسط کاتالیست هایی که امکان استفاده از شرایط دمایی کمتر را دارند، ممکن است.   متانول ( متیل الکل ) به فرمول   یک مایع شفاف سفید رنگ شبیه آب است که در دمای معمولی بوی ملایم دارد . از زمان کشف آن در اواخر قرن هفدهم تاکنون مصرف آن رشد رو به فزونی داشته به طوری که اکنون با تولید سالانة‌  تن متریک رتبه 21 را در بین محصولات شیمیایی صنعتی داراست متانول گاها با عنوان الکل چوب یا ( برخی مواقع Wood Spirite ) نیز خوانده می شود که دلیل آن به تقریبا یک قرن تولید تجاری آن از خرده چوب بر می گردد به هر حال متانولی که از چوب تهیه شده باشد مواد آلوده کنندة‌ بیشتری ( مانند استیلن ،‌ اسید استیک ، الکل الیل ) دارد تا الکلهای صنعتی امروزی .   برای سالهای متوالی مصرف کننده اصلی متانول تولیدی ، فرمالدئید با مصرف تقریبا نیمی از متانول تولید شده بود ولی در آینده از اهمیت آن کاسته می شود زیرا مصارف جدیدی از جمله تولید اسید استیک و MTBE (که جهت بهبود عدد اکتان بنزین به کار می رود ) در حال افزایش است . از طرفی استفاده از متانول به عنوان سوخت در شرایط ویژه قابل توجه خواهد بود .          

 واکنشهای شیمیایی

[1]   متانول معمولا در واکنشهایی شرکت می کند که از نظر شیمیایی در دسته واکنشهای الکلی قرار می گیرند از مواردی که از نظر صنعتی اهمیت ویژه أی دارد هیدروژن زدایی و هیدروژن زدایی اکسایشی متانول و تبدیل به فرم آلدئید برروی کاتالیست نقره یا مولیبدن – آهن و همچنین تبدیل متانول به اسید استیک بر روی کاتالیست کبالت یا روبیدیوم است .   از طرفی دی متیل اتر (DME) از حذف آب متانول توسط کاتالیست اسیدی قابل تولید است. واکنش ایزوبوتیلن با متانول که توسط کاتالیزور اسیدی انجام می شود و منجر به تولید متیل توشیو بوتیل اتر می شود ( که یک افزایندة‌ مهم عدد اکتان بنزین است ) کاربرد فزاینده أی دارد .   تولید متیل استرها با کاتالیزور اسیدی از اسیدهای کربوکسیلیک و متانول انجام می شود که در آن جهت کامل کردن واکنش از استخراجی آزئوتروپی آب استفاده می شود .   متیل هیدروژن سولفات ،‌ متیل نیترات و متیل هالیدها از واکنش متانول با اسیدهای غیر آلی مربوطه تولید می شوند . مونو- ،‌ دی– و تری- متیل آمین از واکنش مستقیم آمونیاک با متانول به دست می آیند . 

عناوین:
فصل اول :متانول ،خواص و روشهای تولید
1-1-تاریخچه
1- 2- خصوصیات فیزیکی Physical properties
1-3-  واکنشهای شیمیایی
1-4- تولید صنعتی و فرآیند آن
1-5-ماده خام
1-5-1-گاز طبیعی
1-5-2-باقیمانده های نفتی
1-5-3-نفتا
1-5-4-ذغال سنگ
1-6-کاتالیست
1-7-تولید در مقیاس تجاری
1-8-واکنشهای جانبی
1-9-خالص سازی
1-10-کاربردهای متانول:
1-10-1-1- تولید اسید استیک:
1-10-1-2-کاربرد اسید استیک در صنایع:
1-10-2-تولید وینیل استات:
1-10-3-فرمالدئید:
1-10-4-اتیلن گلیکول:
1-10-5-متیل آمین:
1-10-6-دی متیل اتر:
1-10-7- ترکیبات کلرومتان :
1-10-8-متیل ترشری بوتیل الکل(MTBE)
1-10-9-کاربرد متانول در مخلوط با بنزین:


فصل دوم: سینتیک و مکانیسم واستوکیومتری
2-1-اصول واکنشهای کاتالیستی
2-1-1-مراحل مستقل در واکنشهای کاتالیستی
2-1-2-سینیتیک ومکانیسم واکنشهای کاتالیستی
2-1-3-اهمیت جذب سطحی در واکنشهای کاتالیستی هتروژن
2-1-4-بررسی سینتیکی
2-1-5-مکانیسم واکنشهای کاتالیستی هتروژن فاز گاز
2-1-5-1-مکانیسم Langmuir- Hinshelwood (1421 )
2-1-5-2-مکانیسم Eley –Rideal
2-2-ترمودینامیک و سینتیک سنتز فشار پائین متانول
2-1-1- مقدمه
2-1-2- استوکیومتری و ترمودینامیک
2-1-3- سینتیک و مکانیسم
Klier
Graff
Skrzypek

2-1-4- مکانیسم
فصل سوم: شبیه سازی واکنش کاتالیستی هتروژنی توسط Hysys
3-1- مدل سینتیکی
3-2-مراحل شبیه سازی رآکتور در Hysys
3-3--نتایج حاصله از شبیه سازی
منابع

پایان نامه مهندسی شیمی – شبیه سازی رآکتور سنتز متانول

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه مهندسی شیمی – شبیه سازی رآکتور سنتز متانول دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

  پایان نامه مهندسی شیمی – شبیه سازی رآکتور سنتز متانول  با فرمت ورد (دانلود متن کامل پایان نامه)

عناوین:

فصل اول :متانول ،خواص و روشهای تولید

1-1-تاریخچه

1- 2- خصوصیات فیزیکی Physical properties

1-3- واکنشهای شیمیایی

1-4- تولید صنعتی و فرآیند آن

1-5-ماده خام

1-5-1-گاز طبیعی

1-5-2-باقیمانده های نفتی

1-5-3-نفتا

1-5-4-ذغال سنگ

1-6-کاتالیست

1-7-تولید در مقیاس تجاری

1-8-واکنشهای جانبی

1-9-خالص سازی

1-10-کاربردهای متانول:

1-10-1-1- تولید اسید استیک:

1-10-1-2-کاربرد اسید استیک در صنایع:

1-10-2-تولید وینیل استات:

1-10-3-فرمالدئید:

1-10-4-اتیلن گلیکول:

1-10-5-متیل آمین:

1-10-6-دی متیل اتر:

1-10-7- ترکیبات کلرومتان :

1-10-8-متیل ترشری بوتیل الکل(MTBE)

1-10-9-کاربرد متانول در مخلوط با بنزین:

فصل دوم: سینتیک و مکانیسم واستوکیومتری

2-1-اصول واکنشهای کاتالیستی

2-1-1-مراحل مستقل در واکنشهای کاتالیستی

2-1-2-سینیتیک ومکانیسم واکنشهای کاتالیستی

2-1-3-اهمیت جذب سطحی در واکنشهای کاتالیستی هتروژن

2-1-4-بررسی سینتیکی

2-1-5-مکانیسم واکنشهای کاتالیستی هتروژن فاز گاز

2-1-5-1-مکانیسم Langmuir- Hinshelwood (1421 )

2-1-5-2-مکانیسم Eley –Rideal

2-2-ترمودینامیک و سینتیک سنتز فشار پائین متانول

2-1-1- مقدمه

2-1-2- استوکیومتری و ترمودینامیک

2-1-3- سینتیک و مکانیسم

Klier

Graff

Skrzypek

2-1-4- مکانیسم

فصل سوم: شبیه سازی واکنش کاتالیستی هتروژنی توسط Hysys

3-1- مدل سینتیکی

3-2-مراحل شبیه سازی رآکتور در Hysys

3-3–نتایج حاصله از شبیه سازی

منابع

فصل اول :متانول ،خواص و روشهای تولید

 

1-1-تاریخچه [1]

     مصریان باستان جهت مومیایی کردن ازمخلوطی استفاده می کردند که شامل متانول نیزبود،که آنرا از پیرولیز چوب به دست آورده بودند با این وجود متانول خالص برای اولین بار توسط رابرت بویل در 1661 جدا سازی شد، که او آنرا Spirit of box نامید. زیرا در تهیه آن از چوب صندوق استفاده کرده بود که بعداً به Piroxilic Spirit معروف شد. در سال 1834 ، شیمیدانان فرانسوی آقایانJean -Baptiste وEugene Peligot عناصر تشکیل دهنده آنرا شناسایی کردند ،آنها همچنین لغت methylene را به شیمی آلی وارد کردند که واژه methu به معنای شراب واژه hyle به معنای چوب بود. سپس در سال 1840 واژه methyl از آن مشتق شد و جهت توصیف Methyl Alcohol استفاده شد. سپس این نام در سال 1892 به وسیله کنفرانس بین المللی نامگذاری مواد شیمیایی بهMethanol کوتاه شد.

   در1923،دانشمند آلمانیMattias Pier که برای شرکتBASFکارمی کرد، طرحی را جهت تولید متانول از گاز سنتز (مخلوطی از اکسیدهای کربن و هیدروژن که از زغال به دست می آمد و در سنتز آمونیاک نیز کاربرد دارد ) ارائه کرد. که در آن از کاتالیست روی- کرم استفاده می شد و شرایط سختی از نظر فشاری (1000 الی300 اتمسفر) و دما (بالای ) داشت. تولید مدرن متانول هم اکنون توسط کاتالیست هایی که امکان استفاده از شرایط دمایی کمتر را دارند، ممکن است.

متانول ( متیل الکل ) به فرمول یک مایع شفاف سفید رنگ شبیه آب است که در دمای معمولی بوی ملایم دارد . از زمان کشف آن در اواخر قرن هفدهم تاکنون مصرف آن رشد رو به فزونی داشته به طوری که اکنون با تولید سالانه‌ تن متریک رتبه 21 را در بین محصولات شیمیایی صنعتی داراست متانول گاها با عنوان الکل چوب یا ( برخی مواقع Wood Spirite ) نیز خوانده می شود که دلیل آن به تقریبا یک قرن تولید تجاری آن از خرده چوب بر می گردد به هر حال متانولی که از چوب تهیه شده باشد مواد آلوده کننده‌ بیشتری ( مانند استیلن ،‌ اسید استیک ، الکل الیل ) دارد تا الکلهای صنعتی امروزی .

متن کامل را می توانید دانلود کنید چون فقط تکه هایی از متن این پایان نامه در این صفحه درج شده است(به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

همراه با تمام ضمائم با فرمت ورد که ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

 

پروژه نیروگاه و رآکتور هسته ای

اختصاصی از یارا فایل پروژه نیروگاه و رآکتور هسته ای دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:92

فهرست مطالب:
عنوان                                                                                                                صفحه
پیشگفتار       1
چکیده       2
  مقدمه    6
فصل اول (هسته)  
هسته     8
نیمه عمر      9
  درون هسته     10
اسپین     11
ایزواسپین و نیروى هسته اى      12
نیروى هسته اى قوى      13
نیروى هسته اى ضعیف      14
شکافت     15
گداخت       16
شکافت هسته ای    17
  انرژی هسته ای      18
  چرخه سوخت هسته ای     20

عنوان                                                                                                                صفحه
 فصل دوم ( راکتورهای هسته ای )
 ساختمان راکتور    33
سوخت هسته‌ای      33
غلاف سوخت راکتور    34
مواد کند کننده نوترون     35
خنک کننده‌ها      35
مواد کنترل کننده شکافت    36
راکتور های شکافت هسته ای     36
اجزای اصلی راکتور    38
راکتورهای هسته ای طبیعی     42
راکتورهای حرارتی    43
راکتور آب جوش      44
راکتور آب تحت فشار     46
راکتور های سریع     47
راکتورهای سریع LMFR     47
راکتورهای  BFR       48
راکتور خود سوخت زا     48
راکتور های هسته ای قدرت      50
عنوان                                                                                                                صفحه
انواع راکتور های قدرت    51
 کاربردهای راکتورهای هسته‌ای    56
سیستم های ایمنی در راکتور      57
حفاظت راکتور     58
فصل سوم ( نیروگاه اتمی )
نیروگاه اتمی     61
تاریخچه ای از نیروگاه اتمی      62
 نگاهی به نیروگاه اتمی بوشهر     64
انواع گوناگون نیروگاه های هسته ای     68
مقایسه نیروگاه های هسته ای مختلف     70
فصل چهارم (انواع سوخت هسته ای )
انواع سوخت هسته ای     74
اورانیوم ( U92)      75
پلوتونیوم (PU94 (    76
  توریوم (TH90  (    77


عنوان                                                                                                                صفحه
فصل پنجم ( توان هسته ای )
توان هسته ای      79
برق هسته ای       80
سهم برق هسته‌ای در تولید برق کشورها    82
دیدگاه اقتصادی استفاده از برق هسته‌ای     84
دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هسته‌ای     85
نتیجه گیری     90
منابع و مأخذ    92

پیشگفتار:
استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق روشی پیچیده اما کارآمد برای تامین انرژی مورد نیاز بشر است. به طور کلی برای بهره‌برداری از انرژی هسته‌ای در نیروگاه‌های هسته‌ای، از عنصر اورانیوم غنی شده به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود که ماحصل عملکرد نیروگاه، انرژی الکتریسته است. عنصر اورانیوم که از معادن استخراج می‌شود به صورت طبیعی در راکتورهای نیروگاه‌ها قابل استفاده نیست و به همین منظور باید آن را به روشهای مختلف به شرایط ایده عال برای قرار گرفتن درون راکتور آماده کرد. اورانیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن ‪ U‬و عدد اتمی آن۹۲ است. این عنصر دارای دمای ذوب 1450‬درجه سانتیگراد بوده و به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، سنگین، فلزی و رادیواکتیو است و به رغم تصور عام، فراوانی آن در طبیعت حتی از عناصری از قبیل جیوه، طلا و نقره نیز بیشتر است.
 
    

چکیده :
هسته ی بعضی از اتم ها ی سنگین مانند اورانیوم و توریم می تواند بر اثر واکنش شکافت هسته ای انرژی قابل ملاحظه ای تولید کند، در این نوع واکنش که معمولاً در یک راکتور هسته ای انجام می شود، هسته ی اتم های سنگین بر اثر واکنش با نوترون، به دو هسته ی سبک تر شکافته می شود و تولید گرمای بسیار زیادی می کند.راکتور هسته ای در واقع کوره ای است که سوخت آن به جای ذغال سنگ، نفت یا گاز ، ماده ی شکافت پذیر است، در نتیجه می تواند یک توربین بخار معمولی مولد برق را به کار اندازد.هر چند سوخت هسته ای آلاینده هایی چون CO2 و SO2 تولید نمی کنند، امّا استفاده از این سوخت ها با مسائل و مشکلات بزرگی همراه است. که عبارتند از:

-    مقدار عناصر شکافت پذیر که سوخت راکتورهای هسته ای را تشکیل می دهند محدود و تمام شدنی است.

-    هسته ی اتم های شکافت پذیر نیز پرتو زا هستند و کار کردن با آن ها زیان بار است.

-    آماده سازی این عناصر برای فرایند شکافت در راکتورهای هسته ای، فرایندی مشکل و پر هزینه است.

طی سال های گذشته اغلب کشورها به استفاده از این نوع انرژی هسته ای تمایل داشتند و حتی دولت ایران 15 نیروگاه اتمی به کشورهای آمریکا، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولی خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تری میل آیلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبیل (Tchernobyl) در روسیه در 26 آوریل 1986، نظر افکار عمومی نسبت به کاربرد اتم برای تولید انرژی تغییر کرد و ترس و وحشت از جنگ اتمی و به خصوص امکان تهیه بمب اتمی در جهان سوم، کشورهای غربی را موقتاً مجبور به تجدیدنظر در برنامه های اتمی خود کرد .
نیروگاه اتمی در واقع یک بمب اتمی است که به کمک میله های مهارکننده و خروج دمای درونی به وسیله مواد خنک کننده مثل آب و گاز، تحت کنترل درآمده است. اگر روزی این میله ها و یا پمپ های انتقال دهنده مواد خنک کننده وظیفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددی به وجود می آید و حتی ممکن است نیروگاه نیز منفجر شود، مانند فاجعه نیروگاه چرنوبیل شوروی.
 یک نیروگاه اتمی متشکل از مواد مختلفی است که همه آنها نقش اساسی و مهم در تعادل و ادامه حیات آن را دارند. این مواد عبارت اند از :
  1. ماده سوخت متشکل از اورانیوم طبیعی، اورانیوم غنی شده، اورانیوم و پلوتونیم است عمل سوختن اورانیوم در داخل نیروگاه اتمی متفاوت از سوختن زغال یا هر نوع سوخت فسیلی دیگر است. در این پدیده با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ اورانیوم 235 عمل شکست انجام می گیرد و انرژی فراوانی تولید می کند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم، ناپایداری در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دوتکه شکست و تعدادی نوترون می شود. تعداد متوسط نوترون ها به ازای هر 100 اتم شکسته شده 247 عدد است و این نوترون ها اتم های دیگر را می شکنند و اگر کنترلی در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانیوم به صورت زنجیره ای انجام می شود که در زمانی بسیار کوتاه منجر به انفجار شدیدی خواهد شد . در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانیوم و شکسته شدن آن توام با انتشار انرژی معادل با 200 میلیون الکترون ولت است این مقدار انرژی در سطح اتمی بسیار ناچیز ولی در مورد یک گرم از اورانیوم در حدود صدها هزار مگاوات است. که اگر به صورت زنجیره ای انجام شود، در کمتر از هزارم ثانیه مشابه بمب اتمی عمل خواهد کرد. اما اگر تعداد شکست ها را در توده اورانیوم و طی زمان محدود کرده به نحوی که به ازای هر شکست، اتم بعدی شکست حاصل کند شرایط یک نیروگاه اتمی به وجود می آید. به عنوان مثال نیروگاهی که دارای 10 تن اورانیوم طبیعی است قدرتی معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانیوم 235 در روز در این نیروگاه شکسته می شود و همان طور که قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسیله ایزوتوپ اورانیوم 238 اورانیوم 239 به وجود می آمد که بعد از دو بار انتشار پرتوهای بتا (یا الکترون) به پلوتونیم 239 تبدیل می شود که خود مانند اورانیوم 235 شکست پذیر است. در این عمل 70 گرم پلوتونیم حاصل می شود. ولی اگر نیروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون های موجود در نیروگاه زیاد باشند مقدار جذب به مراتب بیشتر از این خواهد بودو مقدار پلوتونیم های به وجود آمده از مقدار آنهایی که شکسته می شوند بیشتر خواهند بود. در چنین حالتی بعد از پیاده کردن میله های سوخت می توان پلوتونیم به وجود آمده را از اورانیوم و فرآورده های شکست را به کمک واکنش های شیمیایی بسیار ساده جدا و به منظور تهیه بمب اتمی ذخیره کرد .
2. کند کننده ها موادی هستند که برخورد نوترون های حاصل از شکست با آنها الزامی است و برای کم کردن انرژی این نوترون ها به کار می روند. زیرا احتمال واکنش شکست پی در پی به ازای نوترون های کم انرژی بیشتر می شود. آب سنگین (D2O) یا زغال سنگ (گرافیت) به عنوان کند کننده نوترون به کار برده می شوند .
3. میله های مهارکننده: این میله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل رآکتور اتمی الزامی است و مانع افزایش ناگهانی تعداد نوترون ها در قلب رآکتور می شوند. اگر این میله ها کار اصلی خود را انجام ندهند، در زمانی کمتر از چند هزارم ثانیه قدرت رآکتور چند برابر شده و حالت انفجاری یا دیورژانس رآکتور پیش می آید. این میله ها می توانند از جنس عنصر کادمیم و یا بور باشند .
4. مواد خنک کننده یا انتقال دهنده انرژی حرارتی: این مواد انرژی حاصل از شکست اورانیوم را به خارج از رآکتور انتقال داده و توربین های مولد برق را به حرکت در می آورند و پس از خنک شدن مجدداً به داخل رآکتور برمی گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودی عمل می کنند و با خارج از محیط رآکتور تماسی ندارند. این مواد می توانند گاز   CO2، آب، آب سنگین، هلیم گازی و یا سدیم مذاب باشند .



مقدمه
دل هر ذره را که بشکافى…
اتم در زبان یونانى به معنى تقسیم ناپذیر است. این ایده، زاده تفکر دموکریتوس فیلسوف یونانى در ۲۳۰۰ سال پیش است. براى او این تصور محال بود که اجسام مادى بتوانند بى حد و حصر تقسیم شوند. اما «جان دالتون» شیمیدان بود که نخستین نظریه اتمى نوین را ارائه کرد. دالتون که کارش پژوهش در مورد هواشناسى بود، به ترکیب گازها علاقه مند شد و خیلى زود ایده تشکیل گازها از واحدهاى کوچک غیرقابل تقسیم در ذهنش شکل گرفت. او این نظریه را در سال ۱۸۰۸ تحت عنوان «سیستم جدید فلسفه شیمى» منتشر کرد. تا دهه پایانى قرن نوزدهم دو جنبه اساسى فیزیک کلاسیک یعنى مکانیک کلاسیک و الکترومغناطیس به خوبى شناخته شده بود و دانشمندان گمان مى کردند که طبیعت براساس دو نیروى گرانشى و الکترومغناطیسى ساخته شده است. درست در همین زمان بود که پدیده هایى مشاهده شد که طى دهه هاى ابتدایى قرن بیستم منجر به بزرگترین انقلاب هاى تاریخ علم یعنى نسبیت عام و مکانیک کوانتومى شدند.

پایان نامه مهندسی شیمی – شبیه سازی رآکتور سنتز متانول

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه مهندسی شیمی – شبیه سازی رآکتور سنتز متانول دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت:word(قابل ویرایش)

تعداد صفحات:70

فهرست مطالب:

فصل اول :متانول ،خواص و روشهای تولید. ۱

۱-۱-تاریخچه [۱] ۱

۱- ۲- خصوصیات فیزیکی Physical properties [1] 3

1-3-  واکنشهای شیمیایی [۱] ۴

۱-۴- تولید صنعتی و فرآیند آن [۱] ۴

۱-۵-ماده خام [۱] ۹

۱-۵-۱-گاز طبیعی [۱] ۹

۱-۵-۲-باقیمانده های نفتی [۱] ۱۲

۱-۵-۳-نفتا [۱] ۱۴

۱-۵-۴-ذغال سنگ [۱] ۱۵

۱-۶-کاتالیست [۱] ۱۵

۱-۷-تولید در مقیاس تجاری [۱] ۱۵

۱-۸-واکنشهای جانبی [۱] ۱۶

۱-۹-خالص سازی [۱] ۱۷

۱-۱۰-کاربردهای متانول: [۴] ۱۸

۱-۱۰-۱-۱- تولید اسید استیک: ۱۹

۱-۱۰-۱-۲-کاربرد اسید استیک در صنایع: ۲۰

۱-۱۰-۲-تولید وینیل استات: ۲۰

۱-۱۰-۳-فرمالدئید: ۲۱

۱-۱۰-۴-اتیلن گلیکول: ۲۱

۱-۱۰-۵-متیل آمین: ۲۱

۱-۱۰-۶-دی متیل اتر: ۲۲

۱-۱۰-۷- ترکیبات کلرومتان : ۲۲

۱-۱۰-۸-متیل ترشری بوتیل الکل(MTBE). 23

1-10-9-کاربرد متانول در مخلوط با بنزین: ۲۵

فصل دوم: سینتیک و مکانیسم واستوکیومتری[۲] ۲۷

۲-۱-اصول واکنشهای کاتالیستی.. ۲۷

۲-۱-۱-مراحل مستقل در واکنشهای کاتالیستی.. ۲۷

۲-۱-۲-سینیتیک ومکانیسم واکنشهای کاتالیستی.. ۳۰

۲-۱-۳-اهمیت جذب سطحی در واکنشهای کاتالیستی هتروژن.. ۳۱

۲-۱-۴-بررسی سینتیکی.. ۳۷

۲-۱-۵-مکانیسم واکنشهای کاتالیستی هتروژن فاز گاز. ۳۹

۲-۱-۵-۱-مکانیسم Langmuir- Hinshelwood (1421 ). 39

2-1-5-2-مکانیسم Eley –Rideal 42

2-2-ترمودینامیک و سینتیک سنتز فشار پائین متانول[۳] ۴۳

۲-۲-۱-مقدمه. ۴۴

۲-۲-۲-استوکیومتری و ترمودینامیک… ۴۴

۲-۲-۳-سینتیک و مکانیسم. ۴۸

۲-۲-۴-مکانیسم. ۵۳

فصل سوم: شبیه سازی واکنش کاتالیستی هتروژنی توسط Hysys 56

3-1- مدل سینتیکی[۵] ۵۶

۳-۲-مراحل شبیه سازی رآکتور در Hysys [5] 58

3-تعریف واکنش… ۵۹

۴-مراحل نصب رآکتور. ۶۳

۳-۳-نتایج حاصله از شبیه سازی.. ۶۴

منابع : ۶۸

چکیده:

فصل اول :متانول ،خواص و روشهای تولید
۱-۱-تاریخچه

     مصریان باستان جهت مومیایی کردن ازمخلوطی استفاده می کردند که شامل متانول نیزبود،که آنرا از پیرولیز چوب به دست آورده بودند با این وجود متانول خالص برای اولین بار توسط رابرت بویل در ۱۶۶۱ جدا سازی شد، که او آنرا Spirit of box  نامید. زیرا در تهیه آن از چوب صندوق استفاده کرده بود که بعداً به Piroxilic Spirit  معروف شد. در سال ۱۸۳۴ ، شیمیدانان فرانسوی آقایانJean -Baptiste وEugene Peligot  عناصر تشکیل دهندة آنرا شناسایی کردند ،آنها همچنین لغت methylene را به شیمی آلی وارد کردند که واژه methu به معنای شراب واژه hyle به معنای چوب بود. سپس در سال ۱۸۴۰ واژه methyl  از آن مشتق شد و جهت توصیف Methyl Alcohol  استفاده شد. سپس این نام در سال ۱۸۹۲ به وسیله کنفرانس بین المللی نامگذاری مواد شیمیایی بهMethanol کوتاه شد.

   در۱۹۲۳،دانشمند آلمانیMattias Pier که برای شرکتBASFکارمی کرد،  طرحی را جهت تولید متانول از گاز سنتز (مخلوطی از اکسیدهای کربن و هیدروژن که از زغال به دست می آمد و در سنتز آمونیاک نیز کاربرد دارد ) ارائه کرد. که در آن از کاتالیست روی- کرم استفاده می شد و شرایط سختی از نظر فشاری (۱۰۰۰ الی۳۰۰  اتمسفر) و دما (بالای ) داشت. تولید مدرن متانول هم اکنون توسط کاتالیست هایی که امکان استفاده از شرایط دمایی کمتر را دارند، ممکن است.

 متانول ( متیل الکل ) به فرمول  یک مایع شفاف سفید رنگ شبیه آب است که در دمای معمولی بوی ملایم دارد . از زمان کشف آن در اواخر قرن هفدهم تاکنون مصرف آن رشد رو به فزونی داشته به طوری که اکنون با تولید سالانة‌ تن متریک رتبه ۲۱ را در بین محصولات شیمیایی صنعتی داراست متانول گاها با عنوان الکل چوب یا ( برخی مواقع Wood Spirite ) نیز خوانده می شود که دلیل آن به تقریبا یک قرن تولید تجاری آن از خرده چوب بر می گردد به هر حال متانولی که از چوب تهیه شده باشد مواد آلوده کنندة‌ بیشتری ( مانند استیلن ،‌ اسید استیک ، الکل الیل ) دارد تا الکلهای صنعتی امروزی .

      برای سالهای متوالی مصرف کننده اصلی متانول تولیدی ، فرمالدئید با مصرف تقریبا نیمی از متانول تولید شده بود ولی در آینده از اهمیت آن کاسته می شود زیرا مصارف جدیدی از جمله تولید اسید استیک و MTBE (که جهت بهبود عدد اکتان بنزین به کار می رود ) در حال افزایش است . از طرفی استفاده از متانول به عنوان سوخت در شرایط ویژه قابل توجه خواهد بود .

۱-۳-  واکنشهای شیمیایی [۱]

    متانول معمولا در واکنشهایی شرکت می کند که از نظر شیمیایی در دسته واکنشهای الکلی قرار می گیرند از مواردی که از نظر صنعتی اهمیت ویژه أی دارد هیدروژن زدایی و هیدروژن زدایی اکسایشی متانول و تبدیل به فرم آلدئید برروی کاتالیست نقره یا مولیبدن – آهن و همچنین تبدیل متانول به اسید استیک بر روی کاتالیست کبالت یا روبیدیوم است .

     از طرفی دی متیل اتر (DME) از حذف آب متانول توسط کاتالیست اسیدی قابل تولید است. واکنش ایزوبوتیلن با متانول که توسط کاتالیزور اسیدی انجام می شود و منجر به تولید متیل توشیو بوتیل اتر می شود ( که یک افزایندة‌ مهم عدد اکتان بنزین است ) کاربرد فزاینده أی دارد .

    تولید متیل استرها با کاتالیزور اسیدی از اسیدهای کربوکسیلیک و متانول انجام می شود که در آن جهت کامل کردن واکنش از استخراجی آزئوتروپی آب استفاده می شود .

   متیل هیدروژن سولفات ،‌ متیل نیترات و متیل هالیدها از واکنش متانول با اسیدهای غیر آلی مربوطه تولید می شوند .

   مونو- ،‌ دی– و تری- متیل آمین از واکنش مستقیم آمونیاک با متانول به دست می آیند .
۱-۴- تولید صنعتی و فرآیند آن [۱]

    اولین و قدیمی ترین روش تولید عمده متانول تقطیر تخریبی چوب بود که از اواسط قرن نوزدهم تا اوایل قرن بیستم به صورت عملی انجام می شد و هم اکنون در ایالات متحده دیگر انجام نمی شود. این روش تولید با توسعه فرآیند سنتز متانول از هیدروژن و اکسیدهای کربن،‌ در دهه ۱۹۲۰ کنار گذاشته شد .

   متانول همچنین به عنوان یکی از محصولات اکسیداسیون غیر کاتالیستی هیدروکربنها تولید می شد. تجربه أی که از سال ۱۹۷۳ کنار گذاشته شد .

     متانول را همچنین می توان به عنوان یک محصول فرعی فرآیند           Fisher-Tropsch به دست آورد تولید مدرن متانول در مقیاس صنعتی منحصراً بر پایه سنتز آن از مخلوط پر فشار هیدروژن ،‌ دی اکسید کربن و منوکسید کربن در حضور کاتالیست فلزی هتروژنی است .

تولید مدرن در مقیاس صنعتی متانول امروزه منحصرا از مخلوط پر فشار گازهای هیدروژن و اکسیدهای کربن بر روی کاتالیت فلزی است.فشار گاز سنتز به اکتیویته کاتالیست مورد استفاده ،‌ بستگی دارد .

   طبق توافق حاصل شده،‌ تکنولوژیهایی تولید متانول به صورت زیر دسته بندی شده اند :فرآیندهای فشار پائین (۵-۱۰ Mpa) ،‌ فرآیندهای با فشار میانی (۱۰-۲۵ Mpa) و فرآیندهای فشار بالا (۲۵-۳۵ Mpa).

    در ۱۹۲۳ شرکت BASF درآلمان اولین سنتزتجاری متانول را آغازکرد. در این فرآیند از سیستم کاتالیستی اکسید روی–اکسید کرم بهره گرفته شده بود . که این واقعه را آغاز تکنولوژی تولید فشار بالا می توان برشمرد .

   در سال۱۹۲۷ در یک تلاش جداگانه تولید فشار بالای متانول در واحدهای متعلق به شرکت های Dupont و Commercial Sovents ‎آغاز شد .

   در سال ۱۹۶۵ یک واحد مدرن تولید متانول با ظرفیتی در حدود ۲۲۵-۴۵۰ t/d ،‌ در فشار ۳۵ Mpa به طور خالصی گاز طبیعی به ازاء‌ تولید یک تن متانول مصرف می کرد که برای فشارهای بالاتر از ۲۱ Mpa از کمپرسورهای پیستونی استفاده می شد .

   در اواخر دهه ۱۹۶۰ تکنولوژی تولید فشار میانی و فشار پائین متانول با استفاده از کاتالیست با دوام و اکتیو مس – اکسید روی به صورت عملی مورد بهره برداری قرار گرفت .

شرکت ICI    Ltd. در انگلستان ،‌ سنتز فشار پائین متانول را در اواخر سال ۱۹۶۶ آغاز کرد که در آن سال یک واحد تولیدی با ظرفیت ۴۰۰ t/d در فشار ۵Mpa فقط از کمپرسورهای سانتریفوژ استفاده می کرد .

در سال ۱۹۷۱ شرکت Lurgi به صورت آزمایشی یک واحد تولیدی فشار پائین با ظرفیت ۱۱ t/d که از کاتالیست مس استفاده می کرد ،‌ احداث نمود .

    مزیتهای تکنولوژی های فشار پائین در کاهش توان مصرفی جهت افزایش فشار،‌ عمر طولانی تر کاتالیست ها و ظرفیت تولید بیشتر بود که در کنار آن می توان به ظرفیت single–train بیشتر و اطمینان از عملکرد اشاره کرد ،‌ که با فشار بالا در تناقض هستند.

  از سال ۱۹۷۰ به بعد علی رغم برخی استثناء‌ها هرگونه توسعه واحدهای تولید متانول با استفاده تکنولوژی فشار پائین یا میانی بوده است. درسال ۱۹۸۰ ،‌ ۵۵% تولید متانول در ایالات متحده با استفاده از سنتز فشار پائین بوده و ازآن به بعدواحدهای فشار بالا با تکنولوژی فشار پائین اصطلاحاً “revamp” شده اند، یا اینکه به کل تعطیل شدند .

   یک واحد معمول تولید فشار پائین – میانی در سال ۱۹۸۰ با ظرفیت        ۱۰۰۰-۲۰۰۰t/d در فشاری در حدود ۸-۱۰ Mpa عمل می کند و در یک فرآیند single – train فقط از کمپرسورهای سانتریفیوژ بهره می برد و جهت تولید ۱ تن متانول  گاز طبیعی مصرف می کند .

     تنها نوآوری جدیدی که در افق دیده می شود ، فرآیند سه فازی شرکت  Chem System است . یک مایع بی اثر جهت سیال سازی کاتالیست و خارج کردن حرارت از سیستم به کار گرفته شده است . ادعا شده است که درصد تبدیل بدون “recycle” این فرآیند ازدرصد تبدیل فرآیند دو فازی معمولی بالاتر است .

   [۶]امروزه سه نوع فرآیند به طور عمده در جهان جهت کید متانول مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از :ICI ، Lurgi ،  Mitsubishi

رآکتور طراحی ICI از تعدادی بسترهای کاتالیست ثابت آدیاباتیک تشکیل شده واز گاز سرد خوراک جهت خنک کردن واکنشگرهای بین بسترها استفاده می شود .این باعث ایجاد جهشهایی در پروفیل دمای رآکتور می شود که در شکل دیده می شود .رآکتورهای طراحی شرکت های Lurgi و Mitsubishi پروفیل دمای افقی تری دارند که تقریبا رآکتور را Isothermal می توان فرض کرد که این در اثر تولید مقدار قابل توجهی بخار فشار بالا خواهد بود .غیرفعال شدن کاتالیست در رآکتورهای همدما کندتر خواهد بود.

۱-۵-ماده خام

    خوراک معمول جهت تولید گاز سنتز مورد نیاز برای تولید متانول گاز طبیعی و باقیمانده های نفتی است . از دیگر خوراک های مناسب می توان به نفتا و ذغال سنگ اشاره کرد .

   گاز طبیعی ،‌ باقیمانده های نفتی و نفتا در مجموع ۹۰% ظرفیت جهانی تولید متانول را تأمین می کنند باقیمانده مربوط به گازهای زائد از فرآیندهای متفرقه است ( off-gas ) .
1-5-1-گاز طبیعی

       درفرآیند مدرن تولید متانول ازگاز طبیعی ،‌ گازطبیعی که قسمت اصلی آن را متان تشکیل می دهد سولفورزدایی می شود (حداکثر مقدار سولفور کمتر از ۰٫۲۵ ppm ) و با بخار مخلوط می شود و تا دمای پیشگرم می شود . مخلوط به reformer فرستاده می شود و در آنجا در لوله های حاوی کاتالیست غنی شده از نیکل که از بیرون با شعله Burner ها در تماسند، جریان می یابد .

  که شرایط تعادل باید در دمای  و فشار ۰٫۷-۱٫۷ Mpa در نظر گرفته شود.واکنش کلی بسیار گرماگیر است و به مقادیر زیادی سوخت جهت مشعل ها نیاز است .

     گرمایی  که ازreformer توسط گاز سوخت شده و گاز سنتز تولید شده خارج می شود ،‌ جهت تولید بخار با فشار ۴-۱۰ Mpa (بخار HHPS) استفاده می شود که به نوبه خود در تأمین نیروی محرکه (توربینها) و بار حرارتی برجها ،‌ کاربرد دارد . که در کاهش مصرف انرژی کلی فرآیند نقش قابل توجهی دارد .

  گاز سنتزی که در Steam reformer از گاز طبیعی به دست می آید نسبت به استوکیومتری واکنش تولید متانول ،‌ مقدار بیشتری هیدروژن دارد . استوکیومتری واکنش سنتزمتانول خوراکی با نسبت  در حدود ۱٫۰۵ دارد در حالی که در مخلوط تولیدی از Steam reformer ،‌ این نسبت (اگر  به مخلوط اضافه شود ) در حدود ۱٫۴ است. در کاتالیست فرآیند فشار پائین ،‌ این مقدار اضافی هیدروژن ، موجود بهبود عملکرد کاتالیست می شود .

   به این جهت هزینه های converter پائین می آید در حالی که در فرآیندهای فشار بالا باید هیدروژن از مخلوط جدا شود که خود مستلزم هزینه و عملیات خاص است .  هیدروژن اضافی پس از مرحله سنتز به عنوان سوخت در reformer مورد استفاده قرار می گیرد . بنابراین راندمان کلی انرژی در سطح بالایی نگه داشته می شود که موجب اقتصادی بودن فرآیند خواهد شد .

    در طراحی واحد تولید متانول از گاز طبیعی در فشار پائین می توان اضافه کردن  را به مخلوط حاصل از reforming ،‌ را در نظر گرفت . که مزیت آن در استفاده از هیدروژن اضافی جهت کاهش مصرف گاز طبیعی به ازاء‌ تولید هر تن متانول متانول است . با توجه به اینکه  ماده گرانقیمتی نیست .

اضافه کردن مقدار کافی از  باعث بهبود سنتز از نظر استوکیومتری   می شود مانند آنچه در مورد خوراک نفتا وجود دارد .بازیافت  از گاز سوخته شده در reformer اقتصادی گزارش نشده است .