شکست حرارتی یک فرایند گرماگیر است که در کویل های بلندی که در کوره شکست قرار می گیرد، انجام می شود. کوره شکست شامل دو بخش جابجایی و تشعشع است. خوراک هیدروکربن و بخار رقیق کننده در دمای 600 تا 650 درجه سانتی گراد در بخش جابجایی کوره پیش گرم شده و وارد کویل در بخش تشعشع کوره می شود. در کویل حرارتی دمای گاز فرایند از 600 تا 650 درجه سانتی گراد به 840 درجه سانتی گراد می رسد. فشار خروجی از 1.2 تا 2 اتمسفر و زمان ماند کمتر از یک ثانیه می باشد. معمولاً کوره شامل چند کویل به طور موازی است که با توجه به ظرفیت فرایند تعداد کویل ها و کوره متفاوت است. کوره های شکست حرارتی برای ظرفیت های بالایی از محصولات طراحی می شود به طوری که افزایش ناچیزی در محصولات مطلوب سود فراوانی را نصیب تولید کننده می کند. به همین خاطر سعی در آن است که ماکزیمم تولید اتیلن و پروپیلن در شرایط عملیاتی مطلوب حاصل شود. برای بررسی و افزایش تولید و بهینه سازی فرایند شکست حرارتی، لازم است فاکتورهای محدود کننده و کاهش راندمان فرایند، شناسایی و راه های رفع موانع مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. یکی از پدیده های مهم در فرایندهای شکست حرارتی هیدروکربن ها، تشکیل و نشست کک بر روی تجهیزات فرایندی می باشد. این امر باعث کاهش زمان فعالیت واحد می شود. پدیده تشکیل کک در واکنش های شکست حرارتی در دمای بالا اتفاق می افتد و با توجه به نتایج آزمایشگاهی، طراحی این گونه واحدها براساس در نظر گرفتن حداکثر مقدار دوره عملیاتی واحد می باشد عمل کک زدایی باعث متوقف شدن تولید خواهد شد که این منجر به زیان برای تولید کننده می شود. به همین علت مطالعه کک و مکانیسم نشست و رشد آن بر روی جداره داخلی تجهیزات فرایندی ضرورت پیدا می کند. در این تحقیق شبیه سازی راکتور شکست حرارتی پروپان و مخلوط پروپان – پروپیلن با مکانیسم واکنش مولکولی و با در نظر گرفتن تاثیر کک انجام شده است. از عوامل مهم و تاثیرگذار بر فرایند شکست حرارتی، می توان دبی خوراک و فلاکس حرارتی را نام برد. با توجه به تاثیر بالای فلاکس حرارتی بر عملکرد راکتور و توزیع محصولات، بخشی از این مجموعه به این موضوع اختصاص داده شده است.
یکی از مسائلی که در فرایند شکست حرارتی به آن برخورد می کنیم وجود محصولاتی است که در بعضی مواقع (از جمله متوقف شدن بعضی تجهیزات فرایندی) سوزانده می شود. یکی از این نوع محصولات، محصول پروپان – پروپیلن خروجی از برج جداساز است که می تواند به عنوان خوراک برای راکتور شکست حرارتی استفاده شود. برای تحلیل این مساله لازم است تاثیر اضافه کردن پروپیلن در خوراک پروپان بررسی شده و نتایج خروجی این نوع خوراک به همراه نتایج خروجی با خوراک پروپان به دست آید. در نهایت باید مدل برنامه ریزی خطی کوره شکست با انتخاب تابع سود به عنوان تابع هدف، حل شود. برای رسیدن به این اهداف مراحل زیر طی شده است.
ی بر تحقیقات انجام شده.
تعیین مدل واکنش مولکولی برای شکست حرارتی پروپان و پروپان – پروپیلن.
تعیین مدل سینتیکی و ضخامت تشکیل کک برای خوراک پروپان و پروپان – پروپیلن.
حل دستگاه معادلات دیفرانسیل با روش رانگ – کاتا مرتبه چهار.
بررسی تاثیر اضافه کردن پروپیلن در خوراک پروپان، نسبت بخار رقیق کننده، دبی خوراک و دمای خروجی کویل بر توزیع محصولات.
تعیین ضخامت کک در طول راکتور در زمان های مختلف عملیات واحد.
تعیین فلاکس حرارتی بهینه برای راکتور شکست حرارتی پروپان با شبیه سازی و حل مساله کنترل بهینه به روش اولر و گرادیان کاهش یافته.
تعیین دبی خوراک های بهینه برای کوره شکست حرارتی پروپان و پروپان – پروپیلن با حل مدل برنامه ریزی به روش سیمپلکس (Simplex).
مجموعه حاضر، شامل 7 فصل و 3 پیوست به همراه یک بخش بحث و پیشنهادات است. که سه فصل آخر اختصاص به شبیه سازی، بهینه سازی، کنترل بهینه و نتایج دارد.
