كاربرد مدلهاي تراوايي در مدلسازي رياضي فرآيند دي هيدروژناسيون سيكلوهگزان در راكتور غشايي زيوليتي نانوساختار

Application of permeation models for mathematical modeling of cyclohexane dehydrogenation in a nanostructure zeolite membrane reactor

در اين تحقيق، اثر جداسازي اجزا توسط غشا زيوليتي FAU از محيط واكنش در فرآيند تبديل سيكلوهگزان به بنزن با استفاده از مدلسازي رياضي راكتور غشايي مطالعه شده است. مدلهاي رياضي تراوايي اجزا واكنش از غشا FAU بر اساس داده هاي آزمايشگاهي موجود نفوذپذيري از غشاهاي زيوليتي نانوساختار در مدلسازي رياضي فرآيند استفاده شده است. مدل تراوايي با روش حداقل مجموع مربعات براي سيكلو هگزان مدل نفوذ سطحي، براي هيدروژن مدل نفوذ آرايشي و براي بنزن معادله چند جمله اي درجه سه بدست آمد. به منظور بررسي تاثير غشا ، درصد تبديل سيكلوهگزان به محصول در سه نوع راكتور، شامل: بسترثابت، غشايي و هيبريدي بررسي شده و مشاهده شد كه ميزان تبديل راكتور غشايي بيشتر از راكتور هيبريدي و راكتور هيبريدي بيشتر از راكتور بسترثابت است. نتايج نشان داد بيشترين ميزان درصد تبديل سيكلوهگزان در مقايسه با راكتور بستر ثابت، در راكتور غشايي در دماي K 466 و در راكتور هيبريدي در دماي K 481 قابل دستيابي ميباشد. مطالعه شبيه سازي براي دو نوع شرايط خوراك، حاوي هيدروژن و بدون هيدروژن انجام شد و مشاهده شد كه ميزان تبديل بستگي كامل با جداسازي و افزودن هيدروژن به خوراك و رقيق سازي خوراك با گاز بي اثر دارد.

A mathematical model is presented to investigate the performance of tubular membrane reactor for dehydrogenation of cyclohexane using a FAU type zeolite membrane. Permeation models for cyclohexane, benzene and hydrogen were obtained from reported experimental data using least square method. Surface diffusion, configurational diffusion and a polynomial equation models were used for cyclohexane, benzene and hydrogen permeation, respectively. Three reactor configurations have been considered: conventional fixed bed, full length membrane reactor and hybrid reactor. The reactor performance has been studied in terms of conversion of cyclohexane to produce hydrogen. The observed conversions are ranked in the order of: full length membrane reactor > hybrid reactor > fixed bed reactor. The percent increase in conversion from fixed bed is found to be maximum at 481K in hybrid reactor and at 466K in full length membrane reactor. The simulation studies have been carried out for two feed conditions: one with hydrogen and another without hydrogen. The conversion is observed to be suppressed by cofeeding of hydrogen and enhancement in the conversion is observed as a consequence of dilution of the feed with inert gas.