مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیکی راکتور بستر ثابت جهت تولید اتیلن‌اکساید در نرم افزار ASPEN PLUS و بهینه سازی با استفاده از شبکه های عصبی (ANN)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانکشده پتروشیمی، دانشگاه بجنورد،بجنورد، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانکشده پترو شیمی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

10.22078/pr.2026.5765.3563

چکیده

در این پژوهش، فرآیند تولید صنعتی اتیلن‌اکساید (EO) در یک راکتور بستر ثابت با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus V14 مدل‌سازی و شبیه‌سازی شد. واکنش اکسیداسیون کاتالیستی اتیلن بر بستر نقره (Ag) به دلیل ماهیت گرمازای بالا و وجود واکنش‌های جانبی نیازمند مدل‌سازی دقیق است. عملکرد راکتور در دو حالت پایا و دینامیکی مورد بررسی قرار گرفت. مدل‌سازی ترمودینامیکی با استفاده از معادله حالت Soave–Redlich–Kwong (SRK) و روابط سینتیکی غیرخطی انجام شد و اثر افت فشار (با استفاده از معادله ارگان)، انتقال حرارت و غیرفعال شدن کاتالیست در مدل لحاظ گردید. شبیه‌سازی دینامیکی در بازه ۱۱۰۰ روزه انجام شد و نتایج به‌دست‌آمده با داده‌های واقعی یک واحد صنعتی مقایسه گردید که انطباق مناسبی نشان داد. همچنین، اثر حضور اتیلن‌دی‌کلراید (EDC) بر انتخاب‌پذیری با توجه به میزان تولید قابل قبول برای اتیلن‌اکساید بررسی شد. در نهایت، بهینه‌سازی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی (ANN) در محیطMATLAB انجام شد که پتانسیل مدل ارائه‌شده برای بهبود فرایندهای صنعتی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Dynamic Modeling and Simulation of a Fixed-Bed Reactor for Ethylene Oxide Production in ASPEN PLUS and Optimization Using Artificial Neural Networks (ANN)

نویسندگان [English]

  • Amir Hossein Nasiri 1
  • mehdi bayat 2
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Petrochemical Engineering, University of Bojnord, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Petrochemical Engineering, University of Bojnord, Bojnord, Iran
چکیده [English]

In this study, the industrial production of ethylene oxide (EO) in a fixed-bed reactor was modeled and simulated using Aspen Plus V14. The catalytic oxidation of ethylene over a silver (Ag) bed requires accurate modeling due to its highly exothermic nature and the presence of side reactions. Reactor performance was evaluated under both steady-state and dynamic conditions. Thermodynamic modeling was carried out using the Soave–Redlich–Kwong (SRK) equation of state and nonlinear kinetic relations, while the effects of pressure drop (calculated using the Ergun equation), heat transfer, and catalyst deactivation were incorporated into the model. Dynamic simulation was performed over a 1100-day period, and the obtained results were compared with actual industrial data, showing good agreement. The influence of ethylene dichloride (EDC) on selectivity, with respect to acceptable EO production levels, was also investigated. Finally, optimization using artificial neural networks (ANN) in the MATLAB environment demonstrated the potential of the proposed model for improving industrial processes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reactor
  • Modeling
  • Optimization
  • Simulation
  • Kinetics
  • ASPEN PLUS