پایان نامه مهندسي شيمي شبيه سازی رآکتور سنتز متانول

فصل اول :متانول ،خواص و روشهای توليد

1-1-تاريخچه

مصريان باستان جهت موميايي كردن ازمخلوطي استفاده مي كردند كه شامل متانول نيزبود،كه آنرا از پيروليز چوب به دست آورده بودند با اين وجود متانول خالص براي اولين بار توسط رابرت بويل در 1661 جدا سازي شد، كه او آنرا Spirit of box  ناميد. زيرا در تهيه آن از چوب صندوق استفاده كرده بود كه بعداً به Piroxilic Spirit  معروف شد. در سال 1834 ، شيميدانان فرانسوي آقايانJean –Baptiste وEugene Peligot  عناصر تشكيل دهندة آنرا شناسايي كردند ،آنها همچنين لغت methylene را به شيمي آلي وارد كردند كه واژه methu به معناي شراب واژه hyle به معناي چوب بود. سپس در سال 1840 واژه methyl  از آن مشتق شد و جهت توصيف Methyl Alcohol  استفاده شد. سپس اين نام در سال 1892 به وسيله كنفرانس بين المللي نامگذاري مواد شيميايي بهMethanol كوتاه شد.

در1923،دانشمند آلمانيMattias Pier كه براي شركتBASFكارمي كرد،  طرحي را جهت توليد متانول از گاز سنتز (مخلوطي از اكسيدهاي كربن و هيدروژن كه از زغال به دست مي آمد و در سنتز آمونياك نيز كاربرد دارد ) ارائه كرد. كه در آن از كاتاليست روي- كرم استفاده مي شد و شرايط سختي از نظر فشاري (1000 الي300  اتمسفر) و دما (بالاي ) داشت. توليد مدرن متانول هم اكنون توسط كاتاليست هايي که امكان استفاده از شرايط دمايي كمتر را دارند، ممكن است.

متانول ( متيل الكل ) به فرمول  يك مايع شفاف سفيد رنگ شبيه آب است كه در دماي معمولي بوي ملايم دارد . از زمان كشف آن در اواخر قرن هفدهم تاكنون مصرف آن رشد رو به فزوني داشته به طوري كه اكنون با توليد سالانة‌ تن متريك رتبه 21 را در بين محصولات شيميايي صنعتي داراست متانول گاها با عنوان الكل چوب يا ( برخي مواقع Wood Spirite ) نيز خوانده مي شود كه دليل آن به تقريبا يك قرن توليد تجاري آن از خرده چوب بر مي گردد به هر حال متانولي كه از چوب تهيه شده باشد مواد آلوده كنندة‌ بيشتري ( مانند استيلن ،‌ اسيد استيك ، الكل اليل ) دارد تا الكلهاي صنعتي امروزي .

براي سالهاي متوالي مصرف كننده اصلي متانول توليدي ، فرمالدئيد با مصرف تقريبا نيمي از متانول توليد شده بود ولي در آينده از اهميت آن كاسته مي شود زيرا مصارف جديدي از جمله توليد اسيد استيك و MTBE (كه جهت بهبود عدد اكتان بنزين به كار مي رود ) در حال افزايش است . از طرفي استفاده از متانول به عنوان سوخت در شرايط ويژه قابل توجه خواهد بود .

1- 2- خصوصيات فيزيكي Physical properties [1]

خصوصيات فيزيكي متانول در جدول 1 داده شده است .

فشار بخار متانول از  تا  با معادله زير داده مي شود .

كه درآن فشاربرحسب kpa ( معادل 7.5mmHg) ودما برحسب درجه كلوين است.

1-3-  واكنشهاي شيميايي

متانول معمولا در واكنشهايي شركت مي كند كه از نظر شيميايي در دسته واكنشهاي الكلي قرار مي گيرند از مواردي كه از نظر صنعتي اهميت ويژه أي دارد هيدروژن زدايي و هيدروژن زدايي اكسايشي متانول و تبديل به فرم آلدئيد برروي كاتاليست نقره يا موليبدن – آهن و همچنين تبديل متانول به اسيد استيك بر روي كاتاليست كبالت يا روبيديوم است .

از طرفي دي متيل اتر (DME) از حذف آب متانول توسط كاتاليست اسيدي قابل توليد است. واكنش ايزوبوتيلن با متانول كه توسط كاتاليزور اسيدي انجام مي شود و منجر به توليد متيل توشيو بوتيل اتر مي شود ( كه يك افزايندة‌ مهم عدد اكتان بنزين است ) كاربرد فزاينده أي دارد .

توليد متيل استرها با كاتاليزور اسيدي از اسيدهاي كربوكسيليك و متانول انجام مي شود كه در آن جهت كامل كردن واكنش از استخراجي آزئوتروپي آب استفاده مي شود .

متيل هيدروژن سولفات ،‌ متيل نيترات و متيل هاليدها از واكنش متانول با اسيدهاي غير آلي مربوطه توليد مي شوند .

مونو- ،‌ دي– و تري- متيل آمين از واكنش مستقيم آمونياك با متانول به دست مي آيند .

1-4- توليد صنعتي و فرآيند آن [1]

اولين و قديمي ترين روش توليد عمده متانول تقطير تخريبي چوب بود كه از اواسط قرن نوزدهم تا اوايل قرن بيستم به صورت عملي انجام مي شد و هم اكنون در ايالات متحده ديگر انجام نمي شود. اين روش توليد با توسعه فرآيند سنتز متانول از هيدروژن و اكسيدهاي كربن،‌ در دهه 1920 كنار گذاشته شد .

متانول همچنين به عنوان يكي از محصولات اكسيداسيون غير كاتاليستي هيدروكربنها توليد مي شد. تجربه أي كه از سال 1973 كنار گذاشته شد .

متانول را همچنين مي توان به عنوان يك محصول فرعي فرآيند           Fisher-Tropsch به دست آورد توليد مدرن متانول در مقياس صنعتي منحصراً بر پايه سنتز آن از مخلوط پر فشار هيدروژن ،‌ دي اكسيد كربن و منوكسيد كربن در حضور كاتاليست فلزي هتروژني است .

توليد مدرن در مقياس صنعتی متانول امروزه منحصرا از مخلوط پر فشار گازهای هيدروژن و اکسيدهای کربن بر روی کاتاليت فلزی است.فشار گاز سنتز به اكتيويته كاتاليست مورد استفاده ،‌ بستگي دارد .

طبق توافق حاصل شده،‌ تكنولوژيهايي توليد متانول به صورت زير دسته بندي شده اند :فرآيندهاي فشار پائين (5-10 Mpa) ،‌ فرآيندهاي با فشار مياني (10-25 Mpa) و فرآيندهاي فشار بالا (25-35 Mpa).

در 1923 شركت BASF درآلمان اولين سنتزتجاري متانول را آغازكرد. در اين فرآيند از سيستم كاتاليستي اكسيد روي–اكسيد كرم بهره گرفته شده بود . كه اين واقعه را آغاز تكنولوژي توليد فشار بالا مي توان برشمرد .

در سال1927 در يك تلاش جداگانه توليد فشار بالاي متانول در واحدهاي متعلق به شركت هاي Dupont و Commercial Sovents ‎آغاز شد .

فصل اول :متانول ،خواص و روشهای توليد

1-1-تاريخچه

1- 2- خصوصيات فيزيكي Physical properties

1-3-  واكنشهاي شيميايي

1-4- توليد صنعتي و فرآيند آن

1-5-ماده خام

1-5-1-گاز طبيعي

1-5-2-باقيمانده هاي نفتي

1-5-3-نفتا

1-5-4-ذغال سنگ

1-6-كاتاليست

1-7-توليد در مقياس تجاري

1-8-واكنشهاي جانبي

1-9-خالص سازي

1-10-كاربردهاي متانول:

1-10-1-1- توليد اسيد استيك:

1-10-1-2-كاربرد اسيد استيك در صنايع:

1-10-2-توليد وينيل استات:

1-10-3-فرمالدئيد:

1-10-4-اتيلن گليكول:

1-10-5-متيل آمين:

1-10-6-دي متيل اتر:

1-10-7- تركيبات كلرومتان :

1-10-8-متيل ترشري بوتيل الكل(MTBE)

1-10-9-كاربرد متانول در مخلوط با بنزين:

فصل دوم: سينتيك و مكانيسم واستوکیومتری

2-1-اصول واکنشهاي کاتاليستي

2-1-1-مراحل مستقل در واکنشهاي کاتاليستي

2-1-2-سينيتيک ومکانيسم واکنشهاي کاتاليستي

2-1-3-اهميت جذب سطحي در واکنشهاي کاتاليستي هتروژن

2-1-4-بررسي سينتيکي

2-1-5-مکانيسم واکنشهاي کاتاليستي هتروژن فاز گاز

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

2-1-5-2-مکانيسم Eley –Rideal

2-2-ترموديناميك و سينتيك سنتز فشار پائين متانول

2-1-1- مقدمه

2-1-2- استوكيومتري و ترموديناميك

2-1-3- سينتيك و مكانيسم

Klier

Graff

Skrzypek

2-1-4- مكانيسم

فصل سوم: شبيه سازي واكنش كاتاليستي هتروژني توسط Hysys

3-1– مدل سینتیکی

3-2-مراحل شبيه سازي رآكتور در Hysys

3-3-–نتايج حاصله از شبيه سازي

منابع

پایان نامه مهندسي شيمي شبيه سازی رآکتور سنتز متانول