Ο αγαπητός φίλος Κώστας Μεταξάς (Χημικός Μηχανικός Π.Π. - Διδάκτωρ Ε.Μ.Π.), πρόσφατα πέρασε σε μια αλλή φάση της επιστημονικής του καριέρας αφήνοντάς μας ως αναμνηστικό για τα γεμάτα φοιτητικά μας χρόνια, αλλά καί ως χρήσιμο επιστημονικό εργαλείο, την αξιόλογη Διδακτορική Διατριβή του. Συγκεκριμένα, παρακάτω εχώ την τιμή να σας παρουσιάσω την εισαγωγή της:
Θέμα: ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΥΔΡΟΓΟΝΩΣΗ ΒΕΝΖΟΛΙΟΥ ΣΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΚΛΙΝΗΣ (Catalytic Benzene Hydrogenation in Fixed Bed Reactors PhD Thesis (Greek))
Σκοπός της διατριβής ήταν η μελέτη της αντίδρασης υδρογόνωσης του βενζολίου σε τριφασικό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, ο προσδιορισμός των φαινομένων που επικρατούν και της επίπτωσής τους στην όλη διεργασία, καθώς και η μοντελοποίηση της λειτουργίας αντίστοιχης βιομηχανικής μονάδας με ευέλικτο προσομοιωτή βάσει των εργαστηριακών αποτελεσμάτων.
Η εργασία χωρίζεται σε δύο κύρια μέρη:
1. Μελέτη της διεργασίας σε εργαστηριακό αντιδραστήρα.
2. Προσομοίωση και αριστοποίηση βιομηχανικού αντιδραστήρα.
Στο 1ο μέρος προσδιορίζεται η κινητική της αντίδρασης σε εργαστηριακό τριφασικό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης και διερευνάται η επίπτωση των ρευστοδυναμικών χαρακτηριστικών και των φαινομένων μεταφοράς στη λειτουργία του αντιδραστήρα. Η επιθυμητή εκτίμηση της συνεισφοράς κάθε φαινόμενου ξεχωριστά στη διεργασία δεν είναι πάντοτε εφικτή και αυτό οδηγεί σε τεχνικές προσδιορισμού τους από καταστάσεις παράλληλων επιδράσεων. Στις περιπτώσεις αυτές δίδεται έμφαση στον περιορισμό των σφαλμάτων εκτίμησης της επίδρασης έκαστου. Στη συνέχεια επιχειρείται η επανασύνθεσή τους με σκοπό να ενσωματωθούν όλα τα φαινόμενα σε ένα μαθηματικό μοντέλο που είτε εκτιμά τους σημαντικούς για τη διεργασία παράγοντες είτε προβλέπει τη συμπεριφορά του αντιδραστήρα.
Αρχικά, η προσπάθεια επικεντρώθηκε στην εξάλειψη όσο το δυνατόν περισσότερων φαινομένων που κρύβουν τα πραγματικά χαρακτηριστικά της κινητικής, η οποία προσδιορίζεται από πειραματικά δεδομένα. Η τεχνική της αραίωσης της κλίνης με λεπτόκοκκο αραιωτικό χρησιμοποιείται για την αποφυγή της μερικής διαβροχής και της αξονικής διασποράς. Η κινητική που εξάγεται είναι βασισμένη σε πειράματα με θραυσμένο καταλύτη, ώστε να εξασφαλίζεται η απουσία φαινομένων εσωτερικής μεταφοράς μάζας. Τα τελευταία μελετήθηκαν ενδελεχώς σε νέα κλίνη με καταλυτικά έκβολα, όπου και προσδιορίστηκε το δαιδαλώδες του καταλύτη. Ακόμα εξετάστηκε η επίδραση αραιωτικού μεγαλύτερου μεγέθους στη ρευστοδυναμική του αντιδραστήρα και στην εξωτερική μεταφορά μάζας των αντιδρώντων.
Τελικά, εξήχθησαν συμπεράσματα για την πραγματική ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης (~ 55kJ/mol), τους εξωτερικούς συντελεστές μεταφοράς μάζας των αντιδρώντων στη διεπιφάνεια αερίου-υγρού (εκθετικές συσχετίσεις συναρτήσει της ταχύτητας του αερίου), τον παράγοντα αποτελεσματικότητας της αντίδρασης λόγω της εσωτερικής αντίστασης εξαιτίας διάχυσης στους πόρους (~ 0.3), το δαιδαλώδες του καταλυτικού σωματιδίου (~ 3.7) και τα προφίλ των συγκεντρώσεων του υδρογόνου και του βενζολίου στο εσωτερικό του καταλύτη (απότομη κατανάλωση του υδρογόνου στο 1/4 της ακτίνας). Από σύγκριση των αποτελεσμάτων με βιβλιογραφικά δεδομένα προέκυψε ότι οι εξωτερικοί συντελεστές μεταφοράς μάζας είναι μεγαλύτεροι σε σχέση με αυτούς που εξάγονται από συσχετίσεις ενώ το δαιδαλώδες είναι πολύ κοντά στην τιμή που προκύπτει από στοχαστικό μοντέλο. Από τη σύγκριση των πειραμάτων ανωροής και κατωροής προέκυψε ότι σε μεγάλες ταχύτητες αερίου παρουσιάζουν όμοιες αποδόσεις, πιθανόν λόγω εξίσωσης των αντιστάσεων στη μεταφορά μάζας του υδρογόνου. Η αντίσταση μεταφοράς του υδρογόνου από την αέρια στην υγρή φάση έχει σημαντική συνεισφορά στον έλεγχο της διεργασίας, ενώ το βενζόλιο είναι πάντα σε περίσσεια στην υγρή φάση στις συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας.
Στο 2ο μέρος της εργασίας προσομοιώθηκε και βελτιστοποιήθηκε η λειτουργία μονάδας αποβενζολίωσης νάφθας με καταλυτική υδρογονο-επεξεργασία. Συλλέχθηκαν βιομηχανικά δεδομένα από όπου προέκυψαν περισσότερες από 100 μόνιμες καταστάσεις λειτουργίας της μονάδας βάσει κριτηρίων επιτρεπόμενης μεταβολής των συνθηκών λειτουργίας της, από τις οποίες δημιουργήθηκε μία βάση δεδομένων για συνεχή έλεγχο της λειτουργίας της. Διεξάγοντας εργαστηριακά πειράματα με τροφοδοσία προερχόμενη από την είσοδο του βιομηχανικού αντιδραστήρα και λειτουργώντας τον εργαστηριακό αντιδραστήρα σε παρόμοιες μαζικές ταχύτητες χώρου αντιδραστήρα, προσομοιώθηκε ικανοποιητικά ο βιομηχανικός αντιδραστήρας για ένα μεγάλο εύρος συνθηκών λειτουργίας με ένα ψευδο-ομογενές μοντέλο.
Με συνδυασμό των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης με υπολογισμούς βάσει των μονίμων καταστάσεων της μονάδας στηριζόμενους στο ισοζύγιο ενέργειας και το ισοζύγιο μάζας του υδρογόνου, εξακριβώθηκε η απενεργοποίηση του δεύτερου μισού της καταλυτικής κλίνης προερχόμενη από λειτουργία της σε συνθήκες έλλειψης υδρογόνου με τροφοδοσία βενζίνη υψηλής περιεκτικότητας σε βενζόλιο. Η αποδραστικοποίηση του καταλύτη επιβεβαιώθηκε με εργαστηριακά πειράματα απενεργοποίησης φρέσκου καταλύτη. Τελικά προτάθηκαν δύο τρόποι βελτίωσης της συμπεριφοράς της μονάδας για αύξηση της παραγωγικότητάς της άνω του 50% και ταυτόχρονη εξασφάλιση της υψηλής ενεργότητας του καταλύτη. Ο πρώτος στηρίζεται σε ανακυκλοφορία του υγρού, ενώ ο δεύτερος σε ψύξη του πριν την είσοδό του στον αντιδραστήρα και εφαρμόστηκε στην πράξη με ικανοποιητικά αποτελέσματα.
Για τους ενδιαφερόμενους υπάρχει ολή η Διατριβή προς λήψη στο link: http://teledos.webhop.org/RESEARCH%20PUBLICATIONS/CHEMICAL%20ENGINEERING?name
Ευελπιστούμε να δούμε εδώ σύντομα κι άλλες εργασίες / δημοσιεύσεις του ιδίου Επιστήμονα!
Μπράβο φίλε!!!