تحلیل عملکرد و بهینه‌سازی چند هدفه راکتور میکروکانال برای هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن با استفاده از روش پاسخ سطح

با استفاده از فرآورده‌های نفتی در صنعت پتروشیمی و انجام یک سری فرآیندهای شیمیایی، می‌توان محصولات متنوع و با ارزش افزوده به‌دست آورد. پروپیلن یکی از این محصولات بسیار مهم و اساسی است که می‌تواند برای تولید مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، در مطالعه حاضر، یک مدل پایا و دو بعدی از فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان به پروپیلن در یک راکتور میکرو کانال در شبیه‌ساز comsol انجام شد. سپس، یک بهینه‌سازی 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 شبیه‌سازی با داده‌های آزمایشگاهی خطایی حدود 7% را نشان می‌دهد 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 بهینه‌سازی عملکرد راکتور و با توجه به هزینه محاسباتی مدل comsol و مسئله بهینه‌سازی، یک مدل جایگزین برای راکتور میکرو کانال براساس روش طراحی آزمایش (doe) ارائه شد. سرانجام، با کمک مدل حاصل بهینه‌سازی چند هدفه فرآیند توسط روش doptimal انجام و جبهه بهینه پرتو به‌دست آمد. با توجه به نتایج بهینه‌سازی، افزایش پروپیلن منجر به افزایش تولید co می‌شود که نشان دهنده وجود تضاد بین این دو تابع هدف می‌باشد. پس از بهینه‌سازی نتایج یکی از نقاط بهینه جبهه پرتو ارائه گردید. دما و سرعت بهینه در این نقطه c° 513 و m/s 0.103 می‌باشد. در این شرایط، بیشترین مقدار غلظت پروپیلن و کمترین مقدار co به‌ترتیب برابر با 0.195 و mol/m3 0.088 محاسبه می‌گردد.

Performance Analysis and Multiobjective Optimization of Microchannel Reactor for Oxidative Dehydrogenation Propane to Propylene using Response Surface Method

By using petroleum products in the petrochemical industry and performing series of chemical processes, various and valueadded products can be obtained. Propylene is one of these very important and basic products that can be used to produce various materials. Therefore, in the present study, a twodimensional steady state model of the process of oxidative dehydrogenation of propane to propylene in a microchannel reactor was performed in the COMSOL simulator. Then, a multiobjective optimization with the purpose of increasing propylene (increasing production) and decreasing CO (preventing coke formation) was performed, for the first time. Comparison of the simulation results with laboratory data shows an error of about 7%, which is acceptable based on the model assumptions. In order to analyze the process, effect of temperature, feed flow rate, feed composition and heat transfer coefficient on the amount of propylene and CO production was investigated. To optimize the performance of the reactor and due to computational cost of the COMSOL model and optimization process, an alternative model for the microchannel reactor was presented based on the design of experimental (DOE) method. Finally, the multiobjective optimization of the process was performed based on the prepared model by the response surface method (Doptimal), and the optimal pareto front was obtained. According to optimization results increasing propylene leads to an increase in CO production, which it shows a tradeoff between objectives. After optimization, the results of one of the optimal points of the Pareto front were presented. The optimum temperature and velocity at this point is 513°C and 0.103 m/s, and in these conditions, the maximum concentration of propylene and the minimum amount of CO are set equal to 0.195 and 0.088 mol/m3, respectively.