پایان نامه بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی- کاهشی (Redox)

اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی- کاهشی (Redox) دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

 

فرمت فایل : doc ,PDF

تعداد صفحات:115

پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی شیمی

عنوان : بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی- کاهشی (Redox) در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال

چکیده:

در این پایان نامه فرآیند زوج شدن اکسایشی متان روی کاتالیستهای دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی در راکتور بستر سیال بررسی شد. بدین منظور کاتالیست Mn-Na2WO4/SiO2 بعنوان یک کاتالیست دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی انتخاب شد. بمنظور بررسی خاصیت فوق در این کاتالیست آزمایشهای حالت گذرا طراحی و انجام شد. سپس به بررسی شرایط مختلف واکنشی روی این کاتالیست در راکتور بستر سیال پرداختیم.

در آزمایشهای حالت گذرا خوراک متان بدون حضور اکسیژن در فاز گاز به صورت یک تغییر پله‌ای روی کاتالیست فرستاده شد و واکنش زوج شدن اکسایشی متان مورد برسی قرار گرفت. خروجی راکتور توسط دو سیستم GC و GC-MS مورد آنالیز قرار گرفت. اثر دماهای مختلف عملیاتی در میزان تولید محصولات زوج شدن نشان داد که کاتالیست مزبور دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی است و با افزایش دمای بستر کاتالیستی میزان تحرک اکسیژن شبکه افزایش یافته و بدین ترتیب افزایش در تولید محصولات را شاهد خواهیم بود. اکسیداسیون مجدد بستر کاتالیستی با اکسیژن و تکرار آزمایشها و نتایج دلیل خوبی در تأیید خاصیت اکسایشی-کاهشی کاتالیست است.

در بخش دوم آزمایشهای حالت گذرا در دو دمای ۸۰۰ و oC850 و با همان شرایط قبلی تکرار شد و درصد تبدیل متان، درصد مولی اجزاء و انتخاب‌پذیری محصولات مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که ابتدا میزان تبدیل متان بالا است و سپس با کاهش اکسیژن کاتالیست و همچنین کاهش سرعت در اختیار قرار دادن آن، میزان تبدیل متان کاهش قابل توجهی می‌یابد.

با توجه به نمودار اجزای مولی محصولات بر حسب زمان در زمانیکه میزان تبدیل بالا است عمده محصولات واکنش زوج شدن C2H6 , C2H4 است. به عبارت دیگر در دقایق اولیه انتخاب پذیری C2+ بالا است ولی با گذشت زمان انتخاب‌پذیری افت محسوس داشته و امکان تشکیل CO روی کاتالیست افزایش می‌یابد. تغییرات فوق در دمای oC850 بدلیل سهولت در اختیار قرار گیری اکسیژن کاتالیست شدیدتر است.

سپس تستهای بررسی عملکرد در راکتور بستر سیال و در شرایط مختلف عملیاتی مورد بررسی قرار گرفت. اثر دمای بستر کاتالیستی، سرعت ظاهری گاز ورودی (دبی حجمی خوراک) و میزان اکسیژن در خوراک ورودی روی بازده و انتخاب‌پذیری کاتالیست پارامترهایی عملیاتی مورد تحقیق بودند و در نهایت مقایسه بین عملکرد بستر ثابت و سیال در شرایط یکسان انجام شد. هنگام انجام فرآیند OCM در بستر سیال، دستیابی به شرایط همدما که اساساً بواسطه اختلاط معکوس فاز جامد می‌باشد، ممکن شد. بالاترین بازده C2+ بدست آمده در راکتور بستر سیال در حدود ۹/۲۱% (سرعت ورودی گاز= cm/s 3/4 (دبی حجمی خوراک= sccm478)، دمای بستر کاتالیستی= °C870، ۱=Air/ CH4و وزن کاتالیست= g5/3) بود. انتخاب‌پذیری C2+ با افزایش دما هم برای بستر سیال و هم برای بستر ثابت افزایش می‌یابد ولی در گستره دمایی وسیعی از تغییرات دمایی تقریباً ثابت و همواره در بستر سیال بیشتر از بستر ثابت است.

افزایش سرعت ورودی گاز (دبی خوراک) ورودی از ۱/۲ تا cm/s 1/12 (240 تا sccm 1355) باعث کاهش درصدتبدیل و انتخاب‌پذیری C2+ به ترتیب از مقدار ۱/۲۷% به ۱/۶% و ۹/۶۷% به ۵/۶۱% می‌شود (۱=Air/CH4 و دمای بستر کاتالیستی= °C850).

کاهش میزان اکسیژن موجود در خوراک باعث افزایش انتخاب‌پذیری C2+ از ۳/۵۵% به ۶/۷۱% و کاهش درصد تبدیل متان از ۲/۳۲% به ۶/۲۵% می‌شود

فهرست مطالب:

پیش گفتار

فصل اول

۱-۱- مقدمه

۱-۲- زوج شدن اکسایشی متان

۱-۳- مکانیزم واکنش

۱-۴- کاتالیست‌های فرآیند زوج شدن اکسایشی متان

۱-۴-۱- فلزات قلیایی و قلیایی خاکی

۱-۴-۲- لانتانیدها و اکتنیدها

۱-۴-۳- فلزات واسطه

۱-۵- راکتورهای فرآیند OCM

۱-۵-۱- راکتور بستر ثابت

۱-۵-۲- راکتور غشایی

۱-۵-۳- راکتور بستر سیال

فصل دوم: سیال سازی

۲-۱- مقدمه

۲-۲- پدیده سیالیت

۲-۳- نمودار افت فشار در مقابل سرعت

۲-۴- رفتار مایع مانند یک بستر سیال

۲-۵- مزایا و معایب بسترهای سیال برای عملیات صنعتی

۲-۵-۱- مزایا

۲-۵-۲- معایب

۲-۶- درهم آمیختن و بهم پیوستن ذرات در دمای بالا

۲-۷- انواع سیالیت گازی بدون حمل ذرات

۲-۸- طبقه بندی Geldart از ذرات

فصل سوم: زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال

۳-۱- مقدمه

۳-۲- تاثیر دما و ترکیب خوراک گاز

۳-۳- اثر سرعت گاز

۳-۴- اثر ارتفاع بستر

۳-۵- اثر اندازه ذرات

۳-۶- اثر حضور اتان در خوراک

۳-۷- اثر رقیق کردن بستر کاتالیستی با جامد بی‌اثر روی عملکرد راکتور

۳-۸- عوامل دیگر

۳-۸-۱- اثر ماکزیمم قطر حباب

۳-۸-۲- اثر دما در بخش بالایی بستر

۳-۸-۳- اثر توزیع خوراک اکسیژن و طراحی توزیع کننده ثانوی

فصل چهارم: فعالیتهای تجربی

بررسی واکنش زوج شدن اکسایشی متان روی کاتالیست Mn/Na2WO4/SiO2

۴-۱- روش ساخت کاتالیست

۴-۲- تعیین مشخصات کاتالیست

۴-۳- بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست در حالت گذرا

۴-۴- بررسی عملکرد کاتالیست

۴-۵- بررسی کاتالیست از دید سیالیت

۴-۶- سیستم تست عملکرد کاتالیست در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان

۴ـ۶ـ۱ـ بخش خوراک دهی

۴-۶-۲- نوع راکتور آزمایشگاهی

۴-۷- سیستم آنالیز

۴-۸- کالیبراسیون سیستم آزمایشگاهی

۴-۸-۱- کالیبراسیون کنترل کننده‌ جریان جرمی (MFC) و روتامتر

۴ـ۸ـ۲ـ کالیبراسیون دستگاه GC

۴-۸-۳- ارائه نمونه محاسبات کالیبراسیون و نتایج حاصل از بررسی عملکرد

۴-۸-۴- محاسبات درصد تبدیل متان، انتخاب‌پذیری محصولات و موازنه کربن

۴-۸-۴-۱- درصد تبدیل متان

۴-۸-۴-۲- انتخاب‌پذیری محصولات

۴-۸-۴-۳- موازنه کربن

فصل پنجم: نتایج و بحث

۵-۱- نتایج تعیین مشخصات کاتالیست

۵-۲- نتایج بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست

۵-۳- نتایج تست عملکرد کاتالیست

۵-۳-۱- اثر دما

۵-۳-۲- اثر دبی خوراک

۵-۳-۳- اثر ترکیب خوراک

فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

مراجع

پیوست‌ها

ضمیمه – الف

ضمیمه – ب
شماره مجوز محصول اورجینال ۰۱۰۷/۵۷۸۴۵۶۳۲

بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی – کاهشی (Redox)

اختصاصی از کوشا فایل بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی – کاهشی (Redox) دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

چکیده

در این پایان نامه فرآیند زوج شدن اکسایشی متان روی کاتالیستهای دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی در راکتور بستر سیال بررسی شد. بدین منظور کاتالیست Mn-Na2WO4/SiO2 بعنوان یک کاتالیست دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی انتخاب شد. بمنظور بررسی خاصیت فوق در این کاتالیست آزمایشهای حالت گذرا طراحی و انجام شد. سپس به بررسی شرایط مختلف واکنشی روی این کاتالیست در راکتور بستر سیال پرداختیم.

در آزمایشهای حالت گذرا خوراک متان بدون حضور اکسیژن در فاز گاز به صورت یک تغییر پله&zwnj ای روی کاتالیست فرستاده شد و واکنش زوج شدن اکسایشی متان مورد برسی قرار گرفت. خروجی راکتور توسط دو سیستم GC و GC-MS مورد آنالیز قرار گرفت. اثر دماهای مختلف عملیاتی در میزان تولید محصولات زوج شدن نشان داد که کاتالیست مزبور دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی است و با افزایش دمای بستر کاتالیستی میزان تحرک اکسیژن شبکه افزایش یافته و بدین ترتیب افزایش در تولید محصولات را شاهد خواهیم بود. اکسیداسیون مجدد بستر کاتالیستی با اکسیژن و تکرار آزمایشها و نتایج دلیل خوبی در تأیید خاصیت اکسایشی-کاهشی کاتالیست است.

در بخش دوم آزمایشهای حالت گذرا در دو دمای ۸۰۰ و oC850 و با همان شرایط قبلی تکرار شد و درصد تبدیل متان، درصد مولی اجزاء و انتخاب&zwnj پذیری محصولات مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که ابتدا میزان تبدیل متان بالا است و سپس با کاهش اکسیژن کاتالیست و همچنین کاهش سرعت در اختیار قرار دادن آن، میزان تبدیل متان کاهش قابل توجهی می&zwnj یابد.

با توجه به نمودار اجزای مولی محصولات بر حسب زمان در زمانیکه میزان تبدیل بالا است عمده محصولات واکنش زوج شدن C2H6 , C2H4 است. به عبارت دیگر در دقایق اولیه انتخاب پذیری C2+ بالا است ولی با گذشت زمان انتخاب&zwnj پذیری افت محسوس داشته و امکان تشکیل CO روی کاتالیست افزایش می&zwnj یابد. تغییرات فوق در دمای oC850 بدلیل سهولت در اختیار قرار گیری اکسیژن کاتالیست شدیدتر است.

سپس تستهای بررسی عملکرد در راکتور بستر سیال و در شرایط مختلف عملیاتی مورد بررسی قرار گرفت. اثر دمای بستر کاتالیستی، سرعت ظاهری گاز ورودی (دبی حجمی خوراک) و میزان اکسیژن در خوراک ورودی روی بازده و انتخاب&zwnj پذیری کاتالیست پارامترهایی عملیاتی مورد تحقیق بودند و در نهایت مقایسه بین عملکرد بستر ثابت و سیال در شرایط یکسان انجام شد. هنگام انجام فرآیند OCM در بستر سیال، دستیابی به شرایط همدما که اساساً بواسطه اختلاط معکوس فاز جامد می&zwnj باشد، ممکن شد. بالاترین بازده C2+ بدست آمده در راکتور بستر سیال در حدود ۹/۲۱% (سرعت ورودی گاز= cm/s 3/4 (دبی حجمی خوراک= sccm478)، دمای بستر کاتالیستی= &deg C870، ۱=Air/ CH4و وزن کاتالیست= g5/3) بود. انتخاب&zwnj پذیری C2+ با افزایش دما هم برای بستر سیال و هم برای بستر ثابت افزایش می&zwnj یابد ولی در گستره دمایی وسیعی از تغییرات دمایی تقریباً ثابت و همواره در بستر سیال بیشتر از بستر ثابت است.

افزایش سرعت ورودی گاز (دبی خوراک) ورودی از ۱/۲ تا cm/s 1/12 (240 تا sccm 1355) باعث کاهش درصدتبدیل و انتخاب&zwnj پذیری C2+ به ترتیب از مقدار ۱/۲۷% به ۱/۶% و ۹/۶۷% به ۵/۶۱% می&zwnj شود (۱=Air/CH4 و دمای بستر کاتالیستی= &deg C850).

کاهش میزان اکسیژن موجود در خوراک باعث افزایش انتخاب&zwnj پذیری C2+ از ۳/۵۵% به ۶/۷۱% و کاهش درصد تبدیل متان از ۲/۳۲% به ۶/۲۵% می&zwnj شود

فهرست مطالب

پیش گفتار

فصل اول
1-1- مقدمه
1-2- زوج شدن اکسایشی متان
1-3- مکانیزم واکنش
1-4- کاتالیست‌های فرآیند زوج شدن اکسایشی متان
1-4-1- فلزات قلیایی و قلیایی خاکی
1-4-2- لانتانیدها و اکتنیدها
1-4-3- فلزات واسطه
1-5- راکتورهای فرآیند OCM
1-5-1- راکتور بستر ثابت
1-5-2- راکتور غشایی
۱-۵-۳- راکتور بستر سیال

 فصل دوم: سیال سازی
2-1- مقدمه
2-2- پدیده سیالیت
2-3- نمودار افت فشار در مقابل سرعت
2-4- رفتار مایع مانند یک بستر سیال
2-5- مزایا و معایب بسترهای سیال برای عملیات صنعتی
2-5-1- مزایا
2-5-2- معایب
2-6- درهم آمیختن و بهم پیوستن ذرات در دمای بالا
2-7- انواع سیالیت گازی بدون حمل ذرات
2-8- طبقه بندی Geldart از ذرات

فصل سوم: زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال
3-1- مقدمه
3-2- تاثیر دما و ترکیب خوراک گاز
3-3- اثر سرعت گاز
3-4- اثر ارتفاع بستر
3-5- اثر اندازه ذرات
3-6- اثر حضور اتان در خوراک
3-7- اثر رقیق کردن بستر کاتالیستی با جامد بی‌اثر روی عملکرد راکتور
3-8- عوامل دیگر
3-8-1- اثر ماکزیمم قطر حباب
3-8-2- اثر دما در بخش بالایی بستر
3-8-3- اثر توزیع خوراک اکسیژن و طراحی توزیع کننده ثانوی

فصل چهارم: فعالیتهای تجربی
بررسی واکنش زوج شدن اکسایشی متان روی کاتالیست Mn/Na2WO4/SiO2
4-1- روش ساخت کاتالیست
4-2- تعیین مشخصات کاتالیست
4-3- بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست در حالت گذرا
4-4- بررسی عملکرد کاتالیست
4-5- بررسی کاتالیست از دید سیالیت
4-6- سیستم تست عملکرد کاتالیست در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان
4ـ6ـ1ـ بخش خوراک دهی
4-6-2- نوع راکتور آزمایشگاهی
4-7- سیستم آنالیز
4-8- کالیبراسیون سیستم آزمایشگاهی
4-8-1- کالیبراسیون کنترل کننده‌ جریان جرمی (MFC) و روتامتر
4ـ8ـ2ـ کالیبراسیون دستگاه GC
4-8-3- ارائة نمونة محاسبات کالیبراسیون و نتایج حاصل از بررسی عملکرد
4-8-4- محاسبات درصد تبدیل متان، انتخاب‌پذیری محصولات و موازنه کربن
4-8-4-1- درصد تبدیل متان
4-8-4-2- انتخاب‌پذیری محصولات
4-8-4-3- موازنه کربن

فصل پنجم: نتایج و بحث
5-1- نتایج تعیین مشخصات کاتالیست
5-2- نتایج بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست
5-3- نتایج تست عملکرد کاتالیست
5-3-1- اثر دما
5-3-2- اثر دبی خوراک
5-3-3- اثر ترکیب خوراک

فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
مراجع
پیوست‌ها
ضمیمه – الف
ضمیمه – ب

دانلود پایان نامه بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی کاهشی (Redox) در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر س

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پایان نامه بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی کاهشی (Redox) در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

به لحاظ سازوکار عمل OCM دو نظر عمده برای فعال‌سازی پیوند C–H در متان وجود دارد که گسسته شدن همگن و ناهمگن پیوند است [1]. در گسسته شدن همگن مولکول متان با شکل فعال شده اکسیژن موجود در سطح کاتالیست، ترکیب شده و رادیکال متیل را تولید می‌کند. این رادیکال به نوبه خود با رادیکال‌های مشابه ترکیب شده به اتان و همرده بالاتر تبدیل می‌شود. در گسسته شدن ناهمگن، واکنش متان روی سطح کاتالیست به شکل واکنش اسید و باز انجام می‌گیرد. در این واکنش نیز رادیکال به طور غیر مستقیم تشکیل می‌شود. ساز و کار گسسته شدن ناهمگن پیوند C–H به دلیل این که اکثر کاتالیزورهای OCM بازی هستند، مورد تأیید بوده است.در عین حال مواردی وجود دارد که با این ساز و کار قابل توضیح نیست.

مکانیسم پذیرفته شده برای فرآیند زوج شدن اکسایشی متان، مکانیسم همگن- ناهمگن است. طبق این مکانیسم، متان روی سطح کاتالیزور توسط گونه‌های اکسیژن سطحی (اکسیژن شبکه سطحی و یا اکسیژن جذب شده در سطح) فعال می‌شود و در نتیجه رادیکال‌های متیل و گونه‌های هیدروکسیل سطحی تشکیل می‌گردند [1]:

پیش گفتار    3

فصل اول
  1-1- مقدمه    4
  1-2- زوج شدن اکسایشی متان    6
  1-3- مکانیزم واکنش    9
  1-4- کاتالیست‌های فرآیند زوج شدن اکسایشی متان    13
     1-4-1- فلزات قلیایی و قلیایی خاکی    15
     1-4-2- لانتانیدها و اکتنیدها    15
     1-4-3- فلزات واسطه    16
  1-5- راکتورهای فرآیند OCM    16
     1-5-1- راکتور بستر ثابت    17
     1-5-2- راکتور غشایی    19
     1-5-3- راکتور بستر سیال    20

فصل دوم: سیال سازی
  2-1- مقدمه    22
  2-2- پدیده سیالیت    22
  2-3- نمودار افت فشار در مقابل سرعت    25
  2-4- رفتار مایع مانند یک بستر سیال    28
  2-5- مزایا و معایب بسترهای سیال برای عملیات صنعتی    28
     2-5-1- مزایا    28
     2-5-2- معایب    29
  2-6- درهم آمیختن و بهم پیوستن ذرات در دمای بالا    30
  2-7- انواع سیالیت گازی بدون حمل ذرات    31
  2-8- طبقه بندی Geldart از ذرات    32

فصل سوم: زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال
  3-1- مقدمه    35
  3-2- تاثیر دما و ترکیب خوراک گاز    36
  3-3- اثر سرعت گاز    39
  3-4- اثر ارتفاع بستر    41
  3-5- اثر اندازه ذرات    44
  3-6- اثر حضور اتان در خوراک    45
  3-7- اثر رقیق کردن بستر کاتالیستی با جامد بی‌اثر روی عملکرد راکتور    46
  3-8- عوامل دیگر    47
     3-8-1- اثر ماکزیمم قطر حباب    47
     3-8-2- اثر دما در بخش بالایی بستر    47
     3-8-3- اثر توزیع خوراک اکسیژن و طراحی توزیع کننده ثانوی    48

فصل چهارم: فعالیتهای تجربی
بررسی واکنش زوج شدن اکسایشی متان روی کاتالیست Mn/Na2WO4/SiO2    50
  4-1- روش ساخت کاتالیست    50
  4-2- تعیین مشخصات کاتالیست    51
  4-3- بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست در حالت گذرا    51
  4-4- بررسی عملکرد کاتالیست    55
  4-5- بررسی کاتالیست از دید سیالیت    56
  4-6- سیستم تست عملکرد کاتالیست در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان    57
     4ـ6ـ1ـ بخش خوراک دهی    57
     4-6-2- نوع راکتور آزمایشگاهی    59
  4-7- سیستم آنالیز    60
  4-8- کالیبراسیون سیستم آزمایشگاهی    61
     4-8-1- کالیبراسیون کنترل کننده‌ جریان جرمی (MFC) و روتامتر    62
     4ـ8ـ2ـ کالیبراسیون دستگاه GC    63
     4-8-3- ارائة نمونة محاسبات کالیبراسیون و نتایج حاصل از بررسی عملکرد    63
     4-8-4- محاسبات درصد تبدیل متان، انتخاب‌پذیری محصولات و موازنه کربن    64
     4-8-4-1- درصد تبدیل متان    64
     4-8-4-2- انتخاب‌پذیری محصولات    65
     4-8-4-3- موازنه کربن    66

فصل پنجم: نتایج و بحث
  5-1- نتایج تعیین مشخصات کاتالیست    68
  5-2- نتایج بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست    69
  5-3- نتایج تست عملکرد کاتالیست    77
     5-3-1- اثر دما    77
     5-3-2- اثر دبی خوراک    80
     5-3-3- اثر ترکیب خوراک    86

فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات    88

مراجع    91
پیوست‌ها    96
ضمیمه – الف    96
ضمیمه – ب    98

شامل 114 صفحه فایل word