تحلیل عملکرد و بهینه سازی چند هدفه راکتور میکروکانال برای هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن با استفاده از روش پاسخ سطح

با استفاده از فرآورده های نفتی در صنعت پتروشیمی و انجام یک سری فرآیندهای شیمیایی، می توان محصولات متنوع و با ارزش افزوده به دست آورد. پروپیلن یکی از این محصولات بسیار مهم و اساسی است که می تواند برای تولید مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، در مطالعه حاضر، یک مدل پایا و دو بعدی از فرآیند هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن در یک راکتور میکرو کانال در شبیه ساز COMSOL انجام شد. سپس، یک بهینه سازی چند هدفه با هدف افزایش پروپیلن (افزایش تولید) و کاهش CO (جلوگیری از تشکیل کک) برای اولین بار انجام گرفت. در مرحله اول مقایسه نتایج شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی خطایی حدود ۷% را نشان می دهد که براساس فرضیات مدل قابل قبول است. به منظور تجزیه و تحلیل فرآیند، اثر دما، سرعت جریان خوراک، ترکیب خوراک و ضریب انتقال حرارت بر میزان تولید پروپیلن و CO بررسی شد. سپس برای بهینه سازی عملکرد راکتور و با توجه به هزینه محاسباتی مدل COMSOL و مسئله بهینه سازی، یک مدل جایگزین برای راکتور میکرو کانال براساس روش طراحی آزمایش (DOE) ارائه شد. سرانجام، با کمک مدل حاصل بهینه سازی چند هدفه فرآیند توسط روش D-optimal انجام و جبهه بهینه پرتو به دست آمد. با توجه به نتایج بهینه سازی، افزایش پروپیلن منجر به افزایش تولید CO می شود که نشان دهنده وجود تضاد بین این دو تابع هدف می باشد. پس از بهینه سازی نتایج یکی از نقاط بهینه جبهه پرتو ارائه گردید. دما و سرعت بهینه در این نقطه C° ۵۱۳ و m/s ۱۰۳/۰ می باشد. در این شرایط، بیشترین مقدار غلظت پروپیلن و کمترین مقدار CO به ترتیب برابر با ۱۹۵/۰ و mol/m۳ ۰۸۸/۰ محاسبه می گردد.

کلیدواژه ها:

Oxidative Dehydrogenation ، Propane ، microchannel ، Modeling ، Multi-objective Optimization