‌مدل‌سازی و بهینه‌سازی فرآیند آلکیلاسیون با روش پاسخ سطح

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

در این پژوهش به بهینه‌سازی واحد آلکیلاسیون با هدف حداکثر کردن تولید محصولات، با حفظ کیفیت و شرایط عملیاتی، بر مبنای اطلاعات یک واحد صنعتی پرداخته شده است. متغیر‌های ورودی فرآیند آکیلاسیون عموما شامل خوراک‌های ورودی، و متغیر‌های خروجی که شامل محصولات (آلکیلیت، نرمال بوتان و پروپان)، مقدار مصرف اسید، عدد اکتان آلکیلیت، مقدار جریان برگشتی ایزو‌بوتان به راکتور و نسبت ایزو‌بوتان به اولفین در راکتور است. با استفاده از اطلاعات عملیاتی واحد آلکیلاسیون، مدل ریاضی فرآیند با‌استفاده از روش پاسخ سطح به‌دست آمد. این روش در زمینه‌های مختلف از جمله تحقیقات آزمایشگاهی و صنعتی بسیار استفاده شده و نتایج قابل اطمینان ارائه داده است. دقت و صحت مدل‌های ارائه شده به کمک تحلیل واریانس (ANOVA) بررسی شد. پس از بررسی صحت مدل‌های ارائه شده، متغیر‌های خروجی فرآیند بر مبنای تغییر در متغیرهای ورودی پیش‌بینی شد. در انتها بهینه‌سازی شرایط عملیاتی فرآیند آلکیلاسیون با روش بهینه‌سازی عددی به کمک نرم‌افزار Design Expert 7 انجام و ارائه گردید.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and Optimization of Alkylation Process Using Response Surface Methodology

نویسندگان [English]

  • Soroush Mehdizadeh
  • Farhad Shahraki
  • Kiyanoosh Razzaghi
  • Mir Mohammad Khalilipour
Department of Chemical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

The goal of this paper is to optimize Alkylation unit based on industrial data in order to maximize the production rate as well as keeping operational condition of the unit at the desired values. The input variables of alkylation unit are usually input feeds, and output variables are products (i.e. alkylate, normal butane and propane), acid consumption, alkylate octane number, reflux flow of isobutene to reactor and isobutene to olefin ratio in the reactor. Based on industrial data of alkylation unit, the mathematical process model has been obtained using response surface method (RSM). The method has a dominated application in numerous areas of research particularly in chemical process industries. The accuracy of the proposed method has been validated using an analysis of variance (ANOVA). Finally, the optimization of operational condition for an alkylation unit has been carried out using Design Expert 7.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alkylation Unit
  • Optimization
  • Response Surface Method
  • Alkylate

[1]. Sun W., Shi Y., Chen J., Xi z. and Zhao L., “Alkylation kinetics of isobutane by C4 olefins using sulfuric acid as catalyst”,Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 52, pp. 15262-15269, 2013.##

[2]. Albright L. F., “Alkylation of isobutane with C3-C5 olefins to produce high-quality gasoline: Physicochemical sequence of events”, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 42, pp. 4283-4289, 2003.##

[3]. Rangaiah G. P., “Multi-objective optimization: techniques and applications in chemical engineering”, Vol. 1, worlds scientific Inc., 2009.##

[4]. Payne R. E., “Alkylation - what you should know about this process”, Petroleum Refiner, Vol. 37, pp. 316-329, 1958.##

[5]. Sauer R. N., Colville A. R. and Burwick C. W., “Computer points way to more profits”, Hydrocarbon Processing, Vol. 84, 1964.##

[6]. Bracken J. and McCormick G. P., “Selected applications of nonlinear programming”, Research Analysis Corp Mclean va, 1968.##

[7]. Dembo R. S., “A set of geometrie programming test problems and theirsolutions”, Math.Program., Vol. 10, PP. 192-213, 1976.##

[8]. Torres F., José M., García N. and Antonio J., “Isobutane alkylation process synthesis by means of hybrid simulation-multiobjective optimization”, Proceedings of the 24th European Symposium on Computer Aided Process Engineering, Budapest, Hungary, 2014.##

[9]. Dragnea P. and Bîldea C. S., “Process optimization of a butane-butene alkylation plant”, U.P.B. Sci. Bull., Vol. 76, ISSN. 1454 – 2331, 2014.##

[10]. Ahmad Rasyid M. F., Salim H. M. Akil. and Ishak Z. A. M., “Optimization of processing conditions via response surfacemethodology (RSM) of nonwoven flax fibre reinforced acrodurbiocomposites”, 5th International Conference on Recent Advances in Materials, Minerals and Environment(RAMM) & 2nd International Postgraduate Conference on Materials, Mineral and Polymer(MAMIP), Universiti Sains Malaysia, PP. 469 – 476, 2016.##

[11]. Noshadi I., Amin N. A. S. and Parnas R. S., “Continuous production of biodiesel from waste cooking oil in a reactive distillation column catalyzed by solid heteropolyacid: optimization using response surface methodolog(RSM)”, Fuel., Vol. 94, pp. 156-164, 2012.##

[12]. Elfghi F. M. and Amin N. A. S., “Applying response surface methodology to assess the combined effect of process variables on the composition and octane number of reformat in the process of reducing aromatization activity in catalytic naphtha reforming”, React. Kinet. Mech. Cat., Vol. 111, pp. 89-106, 2014.##

[13]. Adzamic Z., Adzamic T., Muzic M. and Bionda K. S., “Optimization of the n-hexane isomerization process using response surface methodology”, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 91, No. 1, pp. 100–105, 2013.##

[14]. Atashi H., Razmjooei, S., Khorashadizadeh, M., Shiva, M., Tabrizi, F. F., and Mousavi, S. A. H. S., “Effects of operating conditions on selectivity of Fe–Co–Mn/MgO at high temperature CO hydrogenation”, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 54, pp. 83-90, 2015.##

[15]. HolbrookD. L., “Handbook of petroleum refining processes”, Meyers RA. (Eds), McGraw Hill Inc., 1996.##

[16]. Han H. Z., Li B. X., Wu H. and Shao W., “Multi-objective shape optimization of double pipe heat exchanger with inner corrugated tube using RSM method”, Int. J. Therm. Sci., Vol. 90, PP. 173-186, 2015.##

[17]. Montgomery D. C., and Myers R. H., “Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments”, Raymond H. Meyers and Douglas C. Montgomery, A Wiley-Interscience Publications, 1995.##

[18] Šumić Z., Vakula A., Tepić A., Čakarević J., Vitas J. and Pavlić B., “Modeling and optimization of red currants vacuum drying process by response surface methodology (RSM)”, Food Chem., Vol. 203, PP. 465-475, 2016.##