پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: سینتیک واکنش ایزومریزاسیون زایلن روی کاتالیست Mo-Pt @ZSM5 تاکنون بررسی نشده است. در این تحقیق، واکنش منفرد برگشت پذیر متازیلن به پارازایلن برای مدلسازی این فرآیند، مطالعه شده است. با توجه به اینکه خوراک واحد صنعتی، فقط مقادیر کمی از ترکیبات غیر زایلنی دارد، صرف نظر از سایر واکنشها منطقی به نظر می­رسد و نتایج این تحقیق نیز آن را تأیید می­کند.
روش تحقیق: واکنش مورد نظر در فاز گازی و دماهای ثابت 375 و 378 درجه سلیسوس روی کاتالیست Mo-Pt @ZSM5 انجام شده است. خوراک ورودی از یک واحد صنعتی گرفته شده است. در هر تست دما ثابت در نظر گرفته می­شود. در این تحقیق به منظور به دست آوردن مدلی ساده، فقط واکنش تعادلی متازایلن به پارازیلن در نظر گرفته می­شود. ثابت سرعت رفت به عنوان پارامتر قابل تنظیم در نظر گرفته شده و ثابت سرعت برگشت، از ثابت تعادل متازایلن-پارازایلن گزارش شده در نوشتجات محاسبه می­شود. چون از واکنشهای دیگر صرف نظر شده، مجموع کسر مولی متازایلن و پارازایلن ثابت و برابر مجموع آنها در خوراک فرض شده و کسر مولی اورتوزایلن از ثابت تعادل متازایلن-اورتوزایلن گزارش شده در نوشتجات محاسبه می­شود. با استفاده از موازنه جرم و معادله عملکرد ستون پرشده و نیز معادله ارگان برای برآورد تغییرات فشار در طول ستون، دستگاه معادلات دیفرانسیل مناسب در این تحقیق پیشنهاد شده و به روش عددی با استفاده از دستور ode45 در متلب، حل شده­اند.
نتایج اصلی: هم داده های تجربی و هم نتایج شبیه سازی با نرم افزار اسپن هایسیس، نشان می­دهد در محدوده دمای مورد بررسی، دما اثر کمی روی ترکیب محصول خروجی به­دست آمده دارد. بنابرین در بازه دمایی مورد بررسی، ثابت سرعت مستقل از دما فرض شده و مقدار بهینه ثابت سرعت واکنش متازایلن به پارازایلن برابر 1340 سانتیمتر مکعب محصول بر گرم کاتالیست بر ساعت است و برای واکنش برگشت از داده های ثابت تعادل برحسب دما به دست می آید. نتایج حاصل و مدل سینتیکی ساده پیشنهاد شده پیش بینی قابل قبولی از داده­های تجربی می دهد.

چکیده موضوع تحقیق: امروزه تقاضا برای آلکن‌ها (الفین‌ها)، به ویژه اتیلن و پروپیلن، به سرعت رو به افزایش است و انتظار می‌رود که به طور مداوم رشد کند. آلکان‌ها (پارافین‌ها) به دلیل ارزان بودن و فراوان بودن مواد اولیه شیمیایی محبوبی هستند، به همین دلیل مطالعات زیادی جهت پیدا کردن روش جایگزین مناسب انجام گردیده است. در این کار پژوهشی از چارچوب فلزی آلی CuBTC به عنوان پایه کاتالیست مبتنی بر منگنز در فرآیند هیدروژن­زدایی اکسایشی پروپان جهت تولید پروپیلن استفاده شده است.
روش تحقیق: بارگذاری اکسید فلزی منگنز بر روی پایه CuBTC به روش تلقیح­تر انجام گرفت. به منظور شناسایی و مشخصه­یابی کاتالیست­ های سنتزشده از آنالیزهای XRD، FTIR، EDX، SEM و BET بهره گرفته شد. همچنین از طراحی آزمایش به روش مرکب مرکزی به منظور بررسی فاکتورهای اساسی دما داخل راکتور، میزان بارگذاری اکسید فلزی منگنز و نسبت پروپان به اکسیژن و تاثیر متقابل این پارامترها با یکدیگر جهت تولید پروپیلن در فرآیند هیدروژن­ زدایی اکسایشی پروپان استفاده گردید. بنابراین میزان بارگذاری اکسید منگنز در محدوده 5 -1 درصد وزنی منگنز، دمای داخل راکتور در بازه 280-140 درجه سانتی­گراد و نسبت پروپان به اکسیژن در محدوده 3-1 به عنوان متغیرهای ورودی به طراحی آزمایش وارد شدند.
نتایج اصلی: پس از انجام آزمون­ های راکتوری و تجزیه و تحلیل نتایج به دست­آمده به وسیله نرم ­افزار طراحی آزمایش مشاهده گردید، مدل­ های آماری پیشنهادشده توسط نرم­ افزار برای درصد تبدیل، درصد گزینش ­پذیری و بازده فرآیند هیدروژن­ زدایی اکسایشی با دقت قابل قبول 95% مورد تایید قرار گرفت. بهینه­ سازی بازده فرآیند هیدروژن­زدایی اکسایشی با مقدار بیشینه 9/4 با درصد تبدیل 38/28، درصد گزینش ­پذیری 14/18 در دمای 278 درجه سانتی­گراد، بارگذاری اکسید فلزی 74/3 درصد و نسبت پروپان به اکسیژن 5/1 انجام گرفت که دقت بین داده­ آزمایشگاهی و داده پیش ­بینی شده 93% محاسبه گردید.

چکیده اتیلن یک ماده بسیار مهم در صنایع پتروشیمی است که کاربرد اصلی آن در تولید پلیمرها از قبیل پلی ‌اتیلن می‌باشد. معمولا از کراکینگ بخار اتان یا نفتا جهت تولید اتیلن استفاده می‌شود. مقدار کمی استیلن نیز در این فرآیند تولید می‌شود. مقدار استیلن در محصول نباید از ppm 1 تجاوز کند، زیرا استیلن برای کاتالیست‌های پلیمر سازی واحدهای پایین‌ دستی مضر می‌باشد. واحد هیدروژناسیون استیلن جهت حذف استیلن در واحدهای صنعتی طراحی شده است. در این واحد، حذف استیلن تا حداکثر ppm 1 در محصول خروجی و همچنین انتخاب‌پذیری اتیلن (Ethylene’s selectivity) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. در این مقاله مدل‌سازی و شبیه‌سازی پویای راکتورهای هیدروژناسیون استیلن پتروشیمی مارون با در نظر گرفتن کاهش فعالیت کاتالیست ارائه شده است. سپس به بررسی تاثیر شرایط عملیاتی از قبیل دما، فشار و شدت جریان خوراک ورودی به راکتور بر مقادیر استیلن خروجی و انتخاب‌پذیری اتیلن پرداخته شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که برای جبران کاهش فعالیت کاتالیست ضروری است تا به تدریج دمای ورودی به راکتور افزایش یابد. با افزایش خطی دمای خوراک راکتورها از 55 تا 90 درجه سانتیگراد در یک دوره عملیاتی 720 روزه، مقادیر استیلن خروجی و همچنین انتخاب‌پذیری اتیلن کاهش می‌یابند. واکنش‌های استیلن به اتیلن و همچنین اتیلن به اتان با افزایش دمای ورودی به راکتورهای هیدروژناسیون استیلن افزایش می‌یابند. با افزایش شدت جریان خوراک از 50 تا 100 کیلوگرم بر ثانیه، مقادیر استیلن خروجی و انتخاب‌پذیری اتیلن افزایش می‌یابند. زمان اقامت با افزایش شدت جریان خوراک کاهش می‌یابد و این موجب کاهش تبدیل استیلن به اتیلن (افزایش استیلن خروجی در محصول) می‌شود. با کاهش فشار ورودی از 40 تا 33 بار نسبی، مقادیر استیلن خروجی و همچنین انتخاب‌پذیری اتیلن کاهش می‌یابند.

چکیده منیزیم اتوکساید یک آلکوکسید فلزی است که به عنوان نگهدارنده در تهیه کاتالیزورهای زیگلر-ناتا از آن استفاده می شود. این نگهدارنده با کاتالیزور یک کمپلکس تشکیل داده و مقدار اتمهای فلزات واسطه فعال شرکت کننده در واکنش افزایش می یابد. در نتیجه فعالیت کاتالیزور زیاد میشود. تولید پلی اتیلن سنگین در کشور به عنوان پلیمری بسیار پرکاربرد وابسته به این نگهدارنده کاتالیزور است که از جمله اقلام وارداتی به کشور است. منیزیم اتوکساید با واکنش منیزیم و اتانل در مجاور ید در اتمسفر خنثی تولید می شود. در این تحقیق با انجام آزمون هایی از جمله وزن سنجی حرارتی ، اندازه گیری سطح تماس مخصوص و بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی اثر شرایط سنتز مانند تغییر نسبت ید و اتانل به منیزیم، دما، فشار و دور همزن بر مورفولوژی و مشخصات منیزیم اتوکساید بررسی شد. استفاده از ید سبب تشکیل مورفولوژی مناسب شد و افزایش دور همزن تأثیری بر زمان واکنش نداشت. اندازه ذرات محصول تابع مقدار اولیه و اندازه ذرات منیزیم و همچنین دور همزن بود. افزایش دور همزن در مقادیر بالای منیزیم(کاهش نسبت اتانل به منیزیم) موجب برخورد بیشتر ذرات و ریزتر شدن محصول شد. پایین بودن دمای واکنش تا 60 درجه سانتیگراد باعث تشکیل ذرات ریز و مورفولوژی نامناسب شد. استفاده از 2 اندازه ذره 420 و µm840 نشان داد که منیزیم FW40(µm840) منجر به مورفولوژی و سطح تماس مخصوص مناسب برای منیزیم اتوکساید می شود. با کاهش دما از 110 به 100درجه سانتیگراد و استفاده از شرایط رفلاکس در نقطه جوش اتانل سطح تماس مخصوص بیشتر شد.