การพัฒนาแบบจำลองสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ชนิดใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเบดนิ่ง

Abstract

งานวิจัยที่นำเสนอในรายงานนี้นั้นเป็นการศึกษาทางทฤษฏีและการคำนาณเพื่อสร้างแบบจำลองของเครื่องปฏิกรร์สำหรับทำนายโพรไฟลืของอุณหภูมิในเครื่องปฏิกรณ์ชนิดใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเบดนิ่งที่ใช้ในอุตสาหกรรมโดยที่ผลการคำนวณที่ได้มาจากแบบจำลองนั้นจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับผลที่ได้จากการปฏิบัติการจริงของเครื่องปฏิกรณ์ ปฏิกิริยาที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้คือปฏิกิริยาออกซิเดชันบางส่วนของ o-xylene ไปเป็น phthalic anhydride ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมผลิต phthalic anhydride 9000 ท่อ, เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ 25 มม., ความยาวท่อ 3.2 ม.) ซึ่งถูกบรรจุไว้ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาชนิด V₂O₅/TiO₂ โดยมีความยาวชั้นเบด 2.75 ม. ที่มีค่าความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาต่างกันเป็นสองชั้นเบดดังนี้ ชั้นเบดบนมีค่าความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาต่ำกว่าเพื่อหลีกเลียงการเกิดอุณหภูมิที่จุดร้อนจัดสูงเกินไปส่วนชั้นเบดล่างมีค่าความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาสูงกว่าเพื่อให้ o-xylene เกิดปฏิกิริยาประมาณ 99-100 % สำหรับความร้อนจากปฏิกิริยาจะถูกระบายออกโดยใช้เกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 354 ℃แบบจำลองของเครื่องปฏิกรณ์ชนิดใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเบดนิ่งชนิด two-dimensional pseudo-homogeneous ที่สภาวะคงตัว ที่มีการคิดจลนพลศาสตร์การเสื่อมของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบผันกลับได้ ถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนา โดยใช้การแก้ปัญหาเชิงตัวเลขของระเบียบวิธีผลต่างสืบเนื่องและระเบียบวิธีรุงเงขคุตตา จากการจำลองแบบจำลองเครื่องปฏิกรณ์พบว่าจำเป็นต้องมีการปรับตัวแปรต่างๆที่สำคัญเพื่อให้แบบจำลองสามารถทำนายโพรไฟล์ของอุณหภูมิในเครื่องปฏิกรณ์ได้ใกล้เคียงกับโพรไฟล์ของอุณหภูมิที่ได้จากการปฏิบัติการจริงของเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งตัวแปรเหล่านี้ได้แก่ 1) ค่า Biot Number 20 ค่า Radial Number of Heat Tranferและ 3) ค่าจลนพลศาสตร์การเลื่อมของตัวเร่งปฏิกิริยา (k₁.₀) นอกจากนี้แล้วแบบจำลองที่มีการปรับตัวแปรต่างๆ ให้เหมาะสมกับเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในงานวิจัยนี้ยังสามารถทำนายโพรไฟล์ของอุณหภูมิที่สภาวะปฏิกิริยาอื่นในสภาวะคงตัวได้ใกล้เคียงกับโพรไฟล์ของอุณหภูมิที่ได้จากการปฏิบัติการจริงของเครื่องปฏิกรณ์ โดยค่าอุณหภูมิที่จุดร้อนจัดที่ได้จากการทำนายจะมีค่าสูงกว่าค่าที่ได้จากการปฏิบัติการจริงประมาณ โดยแบบจำลองสามารถทำนายตำแหน่งของอุณหภูมิที่จุดร้อนจัดได้ตรงกับที่ได้จากการปฏบัติการจริง ในขณะที่อุณหภูมิที่จุดร้อนจัดที่ได้จากการทำนายจะมีค่าสุงกว่าที่ได้จากการปฏิบัติการจริงประมาณ 1- 3 ℃