Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Moheb,Mohammad Reza Ehsani
احمد محب (استاد راهنما) محمدرضا احسانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Anis Bakhshi
انیس بخشی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Investigation of Dehydrogenation of Iso-Butane Catalytic Reactor & Simulation with Artificial Neural Networks.
Dehydrogenation of isobutane to isobutene has recently received considerable attention because of the increasing demand for Methyl tert-butyle ether (MTBE) and Ethyl tertiary butyl ether (ETBE), which is used as additives for gasoline to increase the octane number and to substitute Lead. In this research, by using bench scale fixed bed reactor existing in BIPC, conversion of isobutane and the effective parameters on it, such as pressure, temperature, concentrations of feed,…has experimentally investigated. Due to simple geometry and small reactor diameter with respect to its length, one-dimensional model was developed to simulate fixed bed reactor for dehydrogenation of isobutane by using mass and energy conservation laws. Inter and intraparticle resistance was being neglected due to small diameter of catalyst particle. The 4 th Rung Kutta approach was used to solve governing equation including the feed and production concentration, gas temperature and pressure drop. These set of equations have been solved by programming in MATLAB. In the next step, artificial neural network is used to predict conversion of isobutane in fixed bed reactor. The experimental data have been used to create a GA-ANN model. 2 neurons for the hidden layers have been achieved by trial and error method and acceptable results are obtained. In order to increase the efficiency of neural networks, genetic algorithm is used to optimize the parameters of neural network. By increasing 150 degrees of centigrade in temperature in both experimental and mathematical model results, observed that conversion of isobutane increased about 80%. Also by decreasing of pressure and increasing in hydrocarbon to hydrogen fraction, conversion of isobutane increased. The results from the model are in good agreement with the experimental data. Finally, comparison of the results of the GA optimized ANN model with analytical model and experimental data have been done. Keywords : Isobutane, Dehydrogenation, Fixed Bed Reactor, Neural Network, Genetic Algorithm
افزایش تقاضا برای MTBE و ETBE که به عنوان مواد افزودنی به بنزین به‌منظور بالا بردن عدد اکتان مورد استفاده قرار می‌گیرند، باعث نیاز به افزایش تقاضا برای هیدروژن‌زدایی از ایزوبوتان و تبدیل آن به ایزوبوتن شده است. ایزوبوتن به‌عنوان ماده اولیه در تهیه این ترکیب‌های اکسیژن‌دار استفاده می‌شود. در این تحقیق در ابتدا میزان درصد تبدیل ایزوبوتان و عوامل مؤثر بر آن مانند دما، فشار و تغییرات غلظت خوراک با استفاده از راکتور بستر ثابت در مقیاس آزمایشگاهی موجود در پتروشیمی بندر امام به‌صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه با استفاده از قوانین جرم و انرژی مدلسازی راکتور بستر ثابت هیدروژن‌زدایی از ایزوبوتان انجام شده است. شبیه‌سازی مدل سیستم به دلیل ساده بودن شکل هندسی و کوچک بودن قطر راکتور در برابر طول آن به‌صورت یک‌بعدی انجام گرفته است و از مقاومت داخلی درون کاتالیست به دلیل کوچک بودن قطر آن صرف‌نظر شده است. سپس معادلات حاکم بر سیستم شامل معادلات تغییرات غلظت خوراک و محصولات، معادلات تغییرات دماو تغییرات فشار، با استفاده روش رانگ کاتای مرتبه چهارم و زبان برنامه نویسی Matlab به‌صورت همزمان حل گردیده‌اند. در مرحله بعد از شبکه‌های عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی درصد تبدیل ایزوبوتان در راکتور بستر ثابت هیدروژن‌زدایی استفاده شده است که تعداد 2 نرون در لایه مخفی به‌ روش حدس و خطا به‌دست آمده است. تعداد نرون‌ها در لایه اول 9 نرون و برای لایه دوم 10 نرون به‌دست آمد. برای افزایش کارایی شبکه‌های عصبی، الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی پارامترهای شبکه‌ عصبی به‌کار گرفته شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل و نتایج تجربی نشان‌دهنده افزایش 80 درصدی تبدیل ایزوبوتان به‌واسطه افزایش دما به میزان ? C 150 می‌باشد که با توجه به گرماگیر بودن واکنش هیدروژن‌زدایی این امر قابل انتظار بوده است. درصد تبدیل ایزوبوتان به‌واسطه کاهش فشار به میزان 25 درصد و با افزایش میزان هیدروکربن به هیدروژن به میزان 30 درصد افزایش یافت. همچنین با بررسی اثر افزایش سرعت فضایی عبور جریان گاز در سه دمای 425، 500 و ? C 575، افزایش درصد تبدیل ایزوبوتان مشاهده شد و نتایج حاصل شبیه‌سازی مدل با نتایج تجربی در دماهای پایین‌تر حدود 98 درصد و در دماهای بالاتر 95 درصد مطابقت داشت. در پایان به منظور بررسی صحت مدل و شبیه‌سازی انجام شده، نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل، شبیه‌سازی با شبکه‌های عصبی و نتایج تجربی ارائه شده در مقالات مورد مقایسه قرار گرفته‌اند. کلمات کلیدی: ایزوبوتان، دهیدروژناسیون، راکتور بستر ثابت، شبکه عصبی، الگوریتم ژنتیک.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی