1403/03/28
احسان صالحی

احسان صالحی

مرتبه علمی: استاد
ارکید: https://orcid.org/0000-0003-4409-1242
تحصیلات: دکترای حرفه‌ای
اسکاپوس: 25643697300
دانشکده: دانشکده فنی مهندسی
نشانی: دانشگاه اراک، گروه مهندسی شیمی
تلفن: 086-32625020

مشخصات پژوهش

عنوان
مطالعه و بهینه سازی فرآیند سنتز دی متیل کربنات از متانول دار کردن اوره با استفاده از کاتالیست‌های حاوی روی و مایعات یونی
نوع پژوهش
پایان نامه های تقاضا محور و غیر تقاضا محور
کلیدواژه‌ها
استات روی، دی متیل کربنات، متانول دار کردن اوره، مایعات یونی، بهینه سازی فرآیند، شبیه سازی فرآیند، آنالیز حساسیت.
سال 1402
پژوهشگران مسعود مندویی(دانشجو)، احسان صالحی(استاد راهنما)

چکیده

در این مطالعه استات رویِ بدون آب سنتز شده و به عنوان کاتالیست در فرآیند متانول دار کردن اوره برای تولید دی متیل کربنات (در حالت ناپیوسته) استفاده شد. پارامترهای عملیاتی موثر شامل زمان واکنش (4 تا 8 ساعت)، دمای واکنش (150 تا 180 درجه سانتی‌گراد) و جرم کاتالیست (3 تا 7 گرم به ازای حجم فعال محلول واکنش) با استفاده از روش سطح پاسخ بر اساس الگوریتم طراحی مرکب مرکزی بهینه شدند. بهینه سازی با دو رویکرد اصلی انجام شد. رویکرد اول حداکثر بازدۀ تولید دی متیل کربنات را تنها هدف بهینه‌سازی در نظر می‌گیرد در حالی که در رویکرد دوم علاوه بر حداکثر بازدۀ تولید دی متیل کربنات، حداقل بازدۀ تولید إن-متیل متیل کربامات (محصول جانبی نامطلوب) نیز هدف بهینه‌سازی در نظر گرفته شد. شرایط بهینه در روش اول در زمان واکنش 8 ساعت، دمای واکنش 180 درجه سانتی گراد و میزان جرم کاتالیست 3 گرم به دست آمد که منجر به بازدۀ تولید دی متیل کربنات برابر با 57/13% و بازدۀ تولید ان متیل متیل کربامات برابر 81/10% شد. از سوی دیگر، زمان واکنش67/6 ساعت، دمای واکنش67/155 درجۀ سانتی‌گراد و جرم کاتالیست 3 گرم، مقادیر بهینه در رویکرد دوم بودند که باعث دستیابی به بازدۀ 17/6% و بازدۀ تولید ان متیل متیل کربامات برابر 82/0% می‌شوند. آنالیز حساسیت سوبول نشان داد که دمای واکنش و برهمکنش دوتایی دمای واکنش-جرم کاتالیست به ترتیب با 01/57% و 17/29% سهم، مؤثرترین پارامترها بر بازده تولید دی متیل کربنات هستند. همچنین دمای واکنش و زمان واکنش با 13/61% و 74/19% تأثیرگذارترین پارامترها بر بازده تولید ان متیل متیل کربامات بودند. علیرغم اینکه بازدۀ تولید دی متیل کربنات به دست آمده در رویکرد دوم کمتر است، اما به دلیل کاهش مقدار محصول جانبی به حدود صفر، برای استفاده در تولید پیوستۀ دی متیل کربنات در مقیاس صنعتی مناسب تر به شمار می رود. علاوه بر این، این کاتالیست دارای مزایایی از جمله قیمت بسیار پایین‌تر نسبت به سایر کاتالیست‌های معمولی، عدم نیاز به راندمان بالای تولید دی متیل کربنات در یک فرآیند پیوسته، روش سنتز بسیار آسان، قابلیت استفاده مجدد مناسب و عمر عملیاتی طولانی می‌باشد. علاوه بر این، یک واحد تولید پیوستۀ اصلاح شده پیشنهاد شد که معایب روش‌های پیشنهادی پیشین را اصلاح می‌کند. از مزایای این واحد می‌توان به کمترین میزان تولید محصول جانبی، کمترین میزان مصرف انرژی و کمترین میزان هزینۀ ثابت برای راه اندازی واحد اشاره کرد که همگی به دلیل خروج فوری دی متیل کربنات از محیط واکنش می‌باشند. برای بررسی مکانیسم احتمالی واکنش، انرژی‌های پیوند در موقعیت‌های مختلف توسط نظریۀ تابع چگالی مورد بررسی قرار گرفت. سرانجام، نشان داده شد که قوی ترین برهمکنش ها متعلق به تعامل عنصر روی با نیتروژن در ساختار متیل کربامات است. علاوه بر این مشخص شد که با افزایش دما، مقدار دی متیل کربناتِ سنتز شده افزایش یافته است. در پایان اثر مایعات یونی مختلف بر عملکرد کاتالیست های استات روی و کلراید روی بر بازده تولید دی متیل کربنات مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از این بود که مخلوط مایع یونی 1-بوتیل-3-متیل ایمیدازولیوم استات مخلوط با استات روی طی زمان 8 ساعت و دمای 190 درجه سانتیگراد به لحاظ سینتیکی موجب بهبود عمکرد کاتالیزور استات روی در واکنش می گردد. از طرف دیگر، مخلوط 1-بوتیل-3-متیل ایمیدازولیوم استات با کلراید روی نه تنها از دید سینتیکی بلکه عملکرد کلراید روی بر راندمان تولید محصول دی متیل کربنات را بهبود می بخشد