فروش‌ویژه!
دانلود پروژه:مدلسازی، شبیه‌سازی و کنترل برج تقطیر واکنشی تولید ایزوپروپانول
,

دانلود پروژه:مدلسازی، شبیه‌سازی و کنترل برج تقطیر واکنشی تولید ایزوپروپانول

قیمت اصلی: 39,000 تومان بود.قیمت فعلی: 25,000 تومان.

تعداد110صفحه در فایل word

گروه مهندسي شيمي

 

کارشناسی ارشد در رشته مهندسی شیمی

مدلسازی، شبیه‌سازی و کنترل برج تقطیر واکنشی تولید ایزوپروپانول

کلید واژه‌ها: برج تقطیر واکنشی، ایزوپروپانول، مدلسازی، شبیه سازی دینامیکی، کنترل کلاسیک

چکیده:

واحد‌هایجداسازیبخشمهمی‌ازواحدهایفرآیندیدرصنایعشیمیاییمی‏باشندوبرج‌هایتقطیرمهمترینبخشدرواحد‌هایجداسازیهستند. باتوجهبهپیشرفتسریع فرآیند شیمیاییولزومبهینه‏سازیآنهاسیستم‏هایتقطیرواکنشیدرچنددهه‌اخیرمطرحشدهوپیشرفت‏هایزیادیداشته‌اند. درفرآيندتقطيرواكنشي،انجامهمزمانواكنشوجداسازيدريكدستگاه،خلوصمحصولبدستآمدهراافزايشداده،هزينه‌هايثابتوعملياتيفرآيندومصرفانرژيراكاهشميدهد. طراحیوراهاندازیسیستم‌هایتقطیرواکنشیبهمیزانقابلتوجهیپیچیدهترازحالتراکتوروبرجتقطیرمعمولیاست. اگرچهاين سیستمدارايمزايايزياديمی‌باشد،امابهدليلوجودتاخيرزمانيونيزماهيتغيرخطيفرآيند،كنترلمطلوبخلوص محصولبسياردشوارميباشد.

      به منظور بررسی یک سیستم تقطیر واکنشی لازم است معادلات موازنۀ جرم، انرژی، سرعت واکنش‌ها و معادلات تعادلی (MESH)[1]را حل نمود، با حل این معادلات می‌توان تغییراتکسر مولی و دما در طول سیستم را به‌دست آورد. .

با توجه به موارد استفاده ایزوپروپانول، در این کار مدلسازی و شبیه سازی و کنترل برج تقطیر واکنشی تولید ایزوپروپانول در نرم‌افزار MATLAB مورد بررسی قرار گرفته و نتایج در قالب نمودار ارائه گردیده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی در متلب با نتایج حاصل از شبیه‌سازی در نرم‌افزار اسپن پلاس مقایسه شد.مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی در متلب با نتایج شبیه سازی در اسپن پلاس درستی شبیه‌سازی انجام شده در متلب را به اثبات رساند. نتایج نشان داد که برج تقطیر واکنش تولید ایزوپروپانول تقریباً طی مدت زمان 200 دقیقه به حالت پایا می‌رسد. این مدت زمان با استفاده از کنترل کننده PI به زمان 100 دقیقه کاهش می‌یابد. تمام نتایج ارائه شده توسط نرم‌افزار متلب به صورت دینامیکی و در مراحل مختلف برج می‌باشد.

[1]Mass & Energy balance, Summation of rate , Equilibrium equation

دسته: , برچسب: , , , ,

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فهرست شکل‌ها………………………………………………………………………………………………………………………………………….. و

فهرست جداول…………………………………………………………………………………………………………………………………………. ط

فصلاول مقدمه 1

1-1- مقدمه 2

1-2- ایزوپروپانول 2

1-2-1- تقطیرواکنشی 5

1-3-استفادهازRDبرایتولیدIPA 6

1-4- خلاصهمطالبپایاننامه 7

فصلدومپیشینهتحقیق 8

2-1- مقدمه 9

2-2-چراتقطیرواکنشی؟ 9

2-3- محدودیت‌هاومشکلاتپیادهسازیRD 14

2-4- بررسیکلیبرجتقطیرواکنشی 15

2-5- پیچیدگی‌هایRD 17

2-6- ملاحظاتطراحیعملی 19

2-6-1- نصبوراهاندازی،مهاروحذفکاتالیزور 19

2-6-2- تماسموثرمایعباذراتکاتالیزور 19

2-6-3- تماسمناسببخاربامایعدرمنطقهواکنشی 19

2-6-4- افتفشارکمدرونبخشواکنشیپرشدهتوسطکاتالیست 20

2-6-5- ماندگیمناسبمایعدربخشواکنشی 20

2-6-6- طراحیبرایغیرفعالشدنکاتالیست 20

2-7- جنبه‌هایسختافزاری 21

2-7-1- برجپرشدهکاتالیستیRD 22

2-7-2- سینییاناودانبراینگهداریذراتکاتالیزور 27

2-8- ترمودینامیکتقطیرواکنشی 29

فصلسومتئوریتحقیق 32

3-1- مقدمه 33

3-2- مقدمهایدرموردنرم‌افزارمتلب (MATLAB) 33

3-2-1- معرفی 33

3-2-2-تاریخچه 33

3-2-3- معماری 34

3-2-4-ساختارسیستمی‌متلب 34

3-2-4-1- محیطکارینرم‌افزار 35

3-2-4-2- کتابخانهتوابع 35

3-2-4-3- زبانبرنامهنویسی 35

3-2-4-4-خواصگرافیکینرم‌افزار 36

3-2-4-5- کتابخانهAPI : 36

3-3- سیمولینک 36

3-3-1- معرفی 36

3-3-2- کاربردها 37

3-3-2-1- ابزاریبرایشبیهسازی 37

3-3-2-2-ابزاریبرایطراحی‌هایبرپایۀمدل 37

3-4-تعاریفمقدماتی 38

3-4-1- مدل 38

3-4-1-1مدلفیزیکی 38

3-4-1-2-مدلریاضی 38

3-4-2- مشکلاتمدلسازی 39

3-4-3- شبیهسازی 40

3-4-3-1- اهمیتشبیهسازیدرتحلیلوکنترلفرآیندها 40

3-4-4- کنترلحلقهبستهوکنترلحلقهباز 41

3-4-4-1- سیستمکنترلحلقهبسته 41

3-4-4-2- سیستمکنترلحلقهباز 41

3-4-4-3- مقایسهسیستم‌هایکنترلحلقهبستهوباز 42

3-5- کنترلکننده‌ها 42

3-6- روشتنظیمپارامترهایکنترلکنندهها 43

3-6-1-قواعدزیگلر–نیکولزبرایتنظیمکنترلکننده‌هایPID 43

3-7- مدلسازیبرجتقطیرواکنشی 46

3-8- رابطهسرعتواکنشتولیدایزوپروپانول 54

3-8-1- استریفیکاسیونپروپیلنتوسطاسیدسولفوریکوسپسهیدرولیزمحصول 54

3-8-2- سنتزایزوپروپانولبهروشآبدهیکاتالیستیپروپیلن 55

فصلچهارم نتایج 59

4-1- مقدمه 60

4-2- الگوریتمحلمعادلاتحاکمبرسیستم 60

4-3- شبیه‌سازیبرجتقطیرواکنشی 61

4-4- نتایج 62

4-5- طراحیکنترلکننده 70

4-6- شبیه‌سازیدرسیمولینک 73

فصلپنجم نتیجه گیری و پیشنهادات 78

5-1- نتیجهگیری 79

5-2- پیشنهادات 81

مراجعومنابع 82

ضمیمۀالف فهرست علائم و نشانه‌ها 89

فهرست شکل‌ها

شکل‏1‑1:نمودارجریانفرآیندتوکیویامابرایتولیدایزوپروپانول[7] 4

شکل2‑1:الف) آرایشنمونهیکفرآیندمعمولیمتشکلازیکراکتورهمراهتقطیرمتوالی. ب) آرایشتقطیرواکنشی. اجزایD ,C ,AوBبترتیبافزایشنقطهجوشهستند. بخشواکنشیباخطوطمشبکنشاندادهشدهاست [16]. 10

شکل‏2‑2: طرح‌هایفرآیندیواکنشاستریکردنMeOH+AcOH⇌MeOAc+H2Oالف)طرحفرآیندیمتعارفشاملیکراکتورونهبرجتقطیر. ب)آرایشتقطیرواکنشی. بخش‌هایواکنشیتوسطخطوطمشبکنشاندادهشدهاند[17]. 10

شکل‏2‑3: شکلکلیتقطیرواکنشیبرایسنتزMTBEازواکنشکاتالیزوراسیدیبینمتانولوایزوبوتن. خوراکبوتنمخلوطیازایزوبوتنونرمالبوتنغیرواکنشیاست [3]. 11

شکل‏2‑4: گوگردزداییتوسطهیدروژنازنفتگازکهبهدوصورتالف) راکتوربسترقطرهایجریانهمسووب) برجتقطیرجریانناهمسوانجامگرفتهاست [3]. 13

شکل‏2‑5: فرآیندهایانتقالدرRD. الف) واکنشفازمایعهمگنوب) واکنش‌هایغیرهمگنکاتالیزوری [18]. 18

شکل‏2‑6: مقیاسطولوزماندرRD  [18]. 18

شکل‏2‑7: جریانناهمسویتماسبخار- مایعدربرجسینیدار [3]. 21

شکل‏2‑8: جریانناهمسویتماسبخار- مایعدربرجباساختارآکندهای [3]. 22

شکل‏2‑9: پیکربندیمتنوعبهشکل”چایکیسهای” . ذراتکاتالیستنیازبهپوششتوریظریفسیمی‌دارندکهبتواننددرداخلبرجRDجاسازیمی‌شوند [3] 23

شکل‏2‑10: چیدمانافقی (الف) ناودانتوریظریفسیممانندو (ب) لوله‌هایتوریظریفسیممانندحاویکاتالیزور[3] 23

شکل‏2‑11: بسته‌هایکاتالیزوریثبتشدهتوسطشرکتتحقیقاتوثبتشیمیایی [3] 24

شکل‏2‑12 : ساختارکاتالیزورساندویچ. (الف) کاتالیستبیندوورقراهراهتوریظریفسیممانندساندویچشدهاند.(ب) ورق‌هایتوریظریفسیمی‌متصلبههمودرهرچهارطرفدوختهشده. (ج) عناصرساندویچبهصورتیکمجموعهششوجهیمکعبیمرتبشدهاند. (د) عناصرساندویچدریکمجموعهگردمرتبشدهاند [3] 25

شکل‏2‑13: (الف) حلقهراشینگکاتالیستیفعال. (ب) ساختارآکندهایباکاتالیزورپوششدادهشده. (ج) لوله‌هاییکپارچهشیاردارکاتالیزور [18] 26

شکل‏2‑14 : پاکت‌هایکاتالیستیدرطولمسیرجریانمایعقراردادهشدهاست [3] 28

شکل‏2‑15: جریانناهمسویتماسبخار- مایع- کاتالیستدربرجسینیدار . الف) کاتالیزوردرونپوششهاداخلناودان، (ب) سینیدرتماسباکاتالیزوردرونپوششتوریسیمماننددرنزدیکیخروجیمایعازناودانقراردادهشدهو (ج) لایه‌هایمتناوبآکندهایکاتالیزوروسینی [3]. 29

شکل‏3‑1: یافتنپاسخپلهایدستگاه [74] 44

شکل‏3‑2: منحنیپاسخSشکل [79] 44

شکل‏3‑3:سیستمحلقهبستهباکنترلتناسبی [77] 45

شکل‏3‑4: نوساننامیرابازمانتناسبPcr [77] 45

شکل‏3‑5: الماندرنظرگرفتهشدهبرایمدلسازیبرجتقطیرواکنشی 46

شکل‏3‑6: نمودارمعادلۀآرنیوسبرایثابتسرعتواکنش [90] 57

شکل‏4‑1:پیکربندیکلیبرجتقطیرواکنشیتولیدایزوپروپانول 62

شکل‏4‑2:تغییراتکسرمولیایزوپروپانولدرمراحلمختلفطیزمان 200 دقیقهشبیهسازیبامتلب 63

شکل‏4‑3: تغییرکسرمولیپروپیلنطیزمان 200 دقیقهدرمراحلمختلف 64

شکل‏4‑4:تغییرکسرمولیآبطیزمان 200 دقیقهدرمراحلمختلف 65

شکل‏4‑5: تغییراتدمایمراحلمختلفطیزمان 200 دقیقه 65

شکل‏4‑6: شماییازبرجتقطیرواکنشیشبیه‌سازیشدهدرنرم‌افزاراسپنپلاس 67

شکل‏4‑7: نتایجحاصلازاجرایبرجتقطیرواکنشیدرنرم‌افزاراسپنپلاس 67

شکل‏4‑8:نتایجحالتپایایکسرمولیایزوپروپانولدرمراحلمختلفباشبیه‌سازیدراسپنپلاس 68

شکل‏4‑9: نتایجدرزمان200 دقیقهبرایکسرمولیایزوپروپانولدرمراحلمختلفدرنرم‌افزارمتلب 68

شکل‏4‑10: تغییراتدمایحالتپایابامراحلمختلفبرجتقطیرواکنشیشبیه‌سازیشدهدراسپنپلاس 69

شکل‏4‑11: تغییراتدمادرمراحلمختلفبرجتقطیرواکنشیشبیهسازیشدهتوسطمتلبدردقیقۀ200 70

شکل‏4‑12: شکلورودیپله‌ایبارحرارتیجوش‌آور 72

شکل‏4‑13: تغییردردمایخروجیجوش‌آورحاصلازتغییرپله‌ایدربارحرراتیجوش‌آور 72

شکل‏4‑14: شماییازکنترلحلقهبستهبرجتقطیرواکنشیدرسیمولینک 74

شکل‏4‑15: تغییراتکسرمولیایزوپروپانولدرمراحلمختلفبااستفادهازکنترلدمایجوش‌آور 75

شکل‏4‑16: شکلکنترلیافتهتغییراتکسرمولیپروپیلندرمراحلمختلف 75

شکل‏4‑17: شکلکنترلیافتهتغییراتکسرمولیآبدرمراحلمختلف 76

شکل‏4‑18: شکلکنترلیافتهتغییراتدمامراحلمختلف 76

فهرست جداول

جدول‏3‑1: قواعدتنظیمزیگلر- نیکولزبراساسپاسخپله‌ایدستگاه (روشاول) [79] 45

جدول‏3‑2:قواعدتنظیمزیگلر- نیکولزبراساسبهرهبحرانیKcrوزمانتناوببحرانیPcr(روشدوم) [77] 46

جدول‏3‑3: مقادیرضرایباستفادهشدهدرمعادلۀ(‏3‑23)،  [88] 51

جدول‏3‑4:مقادیرضرایباستفادهشدهدرمعادلۀ(‏3‑24)،  [88] 51

جدول‏3‑5: خواصفیزیکیاستفادهشدهدرمعادلات،برایموادآب،پروپیلن،ایزوپروپانول  [88] 58

جدول‏4‑1: ضرایبآنتوانمربوطمعادلۀ(‏4‑2)برایسهمادهآب،پروپیلنوایزوپروپانول [88] 61

جدول‏4‑2: شرایطخوراکورودیبهبرج تقطیر واکنشی شبیه سازی شده در متلب 62

جدول‏4‑3: شرایطجریانخوراکورودیبهبرجتقطیرواکنشیشبیه‌سازیشدهبااسپنپلاس 66

محصولات مشابه

enemad-logo
پیمایش به بالا