مقاله ارزیابی روشهای متفاوت تعریف کاتالیست در شبیه ساز کامسول بهمنظور بررسی هیدرودینامیک و انتقال حرارت در یک راکتور بستر ثابت

word قابل ویرایش
10 صفحه
27700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

ارزیابی روشهای متفاوت تعریف کاتالیست در شبیهساز کامسول بهمنظور بررسی هیدرودینامیک و انتقال حرارت در یک راکتور بستر ثابت
چکیده:
راکتورهای بستر ثابت نقش بسزایی در تولید محصولات شیمیایی صنعتی در مقیاس بالا دارند. راکتورهای بستر ثابت بدلیل ویژگیهای خاصی که دارند امکان بهره برداری بهتر جهت رسیدن به میزان بیشتری از محصولات را مهیا میکنند. ضمن اینکه کنترل راکتورها در حالتی که بسترشان ثابت باشد، آسان تر است. یکی از چالشهایی که بر سر راه شبیهسازی راکتورهای بستر ثابت وجود دارد، شبیهسازی بستر کاتالیستی راکتور است. بطوریکه برخی محققان استفاده از مدل متخلخل نرم افزارهای تجاری را که در آن دیگر نیازی به تولید بستر آکنه و مش زدن آن نیست، ترجیح میدهند. پژوهش حاضر به بررسی هیدرودینامیک و انتقال حرارت راکتور بستر ثابت یک بار با تولید کاتالیستهای بستر و یک بار با استفاده از مدل متخلخل نرم افزار کامسول میپردازد. نتایج نشان میدهد که برای راکتور با دمای 600 کلوین و سیال ورودی 480 کلوین، بیشترین میزان اختلاف دما بین دو حالت به حدود 18 درجه میرسد. به عبارت دیگر از مقایسه داده های عددی می توان نتیجه گرفت که استفاده از مدل متخلخل کامسول به جای تعریف فیزیکی کاتالیست در راکتور دقت پایین تری دارد؛ لکن زمان و هزینه محاسبات کمتر خواهد بود.
کلمات کلیدی: راکتور بستر ثابت، کاتالیست، شبیهسازی، مدل متخلخل کامسول، هیدرودینامیک، انتقال حرارت.

1 مقدمه
راکتورهای بستر ثابت مهمترین و رایج ترین نوع راکتورها در تولید محصولات شیمیایی صنعتی در مقیاس بالا هستند. در سال های اخیر راکتورهای بستر ثابت بیش از پیش برای جداکردن مواد سمی و خطرزا مورد استفاده قرار گرفته اند. از جمله آنها می توان به جدا کردن اکسیدهای نیتروژن از گازهای فلو اشاره کرد.
بطورکلی در عمل پیکربندیهای متفاوتی برای راکتورها پیشنهاد شده است که در یک طبقه بندی کلی میتوان آنها را به راکتورهای آدیاباتیک و غیرآدیاباتیک تقسیم کرد. روشهای آنالیز راکتورها هم میتواند متفاوت باشد: از بررسی های میکروسکوپی گرفته که در آن واکنشها و نفوذ مطالعه می شود تا روشهای ماکروسکوپی که در آن هندسه و مشخصات بستر راکتور از طریق پدیدههای انتقال بررسی می شود .[1]
راکتور بستر ثابت بدلیل ویژگی های خاصی که دارد امکان بهره برداری بهتر جهت رسیدن به میزان بیشتری از محصولات را مهیا میکند. ضمن اینکه کنترل راکتور در این حالت یعنی زمانیکه که بستر آن ثابت باشد، آسان تر می باشد. بطور کلی، در راکتورها جریان گاز-جامد، انتقال حرارت و واکنشهای محصولات با یکدیگر مرتبط هستند و همزمان اتفاق میافتند. در حال حاضر، بررسیهای تجربی دقیق و جزیی بر روی راکتورها چالشی بزرگ است؛ زیرا شناسایی هیدرودینامیک و واکنشهای مواد واکنش دهنده و محصولات نهایی آنها مستلزم تجهیزاتی است که در حال حاضر در دسترس نیستند .[2] بنابراین دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) بعنوان ابزاری سودمند در صنایع پتروشیمیایی جهت شناسایی هیدرودینامیک سیستم بکار میرود. بر همین اساس، چانگ و همکاران[3] 1 برای بررسی و هیدرودینامیک و واکنش شکست در یک رایزرFFC 2، از مدل سیال دو گانه در چارچوب دیدگاه اویلری برای شبیهسازی بستر سیال گاز – جامد استفاده کردند و در نهایت نتیجه گرفتند که بکارگرفتن دینامیک سیالات محاسباتی نه تنها سبب صرفهجویی در هزینه و زمان میشود؛ بلکه امکان درک و پیشبرد فرآیند را افزایش میدهد. بهجت3 و همکاران [4] نیز با تحلیل هیدرودینامیک و انتقال حرارت یک واکنش سه فازی با بکارگیری دینامیک سیالات محاسباتی نتیجه گرفتند که بکارگرفتن دینامیک سیالات محاسباتی نه تنها باعث درک برهمکنش بهتر بین فازها میشود؛ بلکه پیشبینیهای منطقی و قابل قبولی را از فرآیند ارائه میدهد. همچنین چنگ4 و همکاران [5] با بکارگیری CFD، هیدرودینامیک و واکنشهای سینتیکی را در یک راکتور بستر سیالی MTO بررسی کردند. نتایج نشان داد که مقادیر سرعت، کسر حجمی و غلظت گونهها در راستای محوری و شعاعی راکتور MTO متفاوت هستند. علاوه بر آن، سالاری5 و همکاران [6] بر روی کاربرد مدلسازی CFD راکتورهای کراکینگ کاتالیستی بستر ثابت بر اساس معادلات اویلری تمرکز کردند. برای این کار آنها ستونی را متشکل از ذرات کروی ثابت با استفاده از نرم افزارهای تجاری تولید نمودند. برای کوپل کردن معادلات مربوط به فشار و معادلات مربوط به سرعت الگوریتم سیمپل6 را بکار گرفتند. آنها پارامترهای سینتیکی مربوط به واکنش ها را با استفاده از مقادیر گزارش شده در پژوهش های پیشین بدست آوردند و در نهایت اثر کسر بخار آب و سرعت جریان خوراک را بر تشکیل کک بررسی نمودند.
یکی از چالشهایی که بر سر راه شبیهسازی راکتورهای بستر ثابت وجود دارد، شبیهسازی بستر کاتالیستی راکتور است؛ بطوریکه برخی محققان استفاده از مدل متخلخل نرم افزارهای تجاری را که در آن دیگر نیازی به تولید بستر کاتالیستی و مش زدن آن نیست، ترجیح میدهند. استفاده از این روش این امکان را فراهم میکند که زمان و هزینه محاسبات تا حد بالایی کاهش پیدا کند. اما به دقت نتایج عددی حاصل از این روش توجه کمتری شده است. باتوجه به موارد ذکر شده، هدف از این پژوهش بررسی اثر بستر کاتالیستی بر هیدرودینامیک انتقال حرارت راکتور بستر ثابت یک بار با تولید و مش زدن کاتالیستهای بستر با استفاده از نرم افزار کامسول بار دیگر با استفاده از مدل متخلخل نرم افزار کامسول است تا در نهایت بتوان میزان نزدیکی جوابهای حاصله را نسبت بهم سنجید. لذا با استفاده از مشخصات یک راکتور آزمایشگاهی موجود، شبیهسازی راکتور بستر ثابت به دو صورت ذکر شده در فوق انجام شد. یکی استفاده از مدل متخلخل کامسول که در این مدل دیگر نیازی به ایجاد محیط متخلخل ناشی از حضور کاتالیستها نیست و تنها طراحی راکتور کفایت می کند و سایر کمیت ها از جمله میزان تخلخل ناشی از حضور کاتالیست ها، اندازه کاتالیست ها و ... را می توان با استفاده از این مدل وارد نمود (روش اول). مدل شبیه سازی دیگری هم که در این تحقیق نشان داده خواهد شد، با در نظر گرفتن تمامی کاتالیستها و تخلخل ناشی از آنها در هندسه تولید شده و نحوه چینش آنها میباشد (روش دوم).

2 معادلات اساسی حاکم بر فرآیند
در این پژوهش، به منظور شبیهسازی فرآیند فیزیکی باید معادلات اساسی حاکم بر سیستم را با وارد نمودن فرضیات لازم در نظر گرفت .[7] معادلات اساسی در نظر گرفته شده به شرح زیر می باشند:

1-2 معادله انتقال مومنتوم
در این تحقیق، برای در نظر گرفتن تغییرات مومنتوم و سرعت از معادله زیر استفاده شد :[9 ,8]

که در این معادله ، u، t، p، µ وF بهترتیب بیانگر چگالی سیال، سرعت سیال، زمان، فشار، ویسکوزیته و نیروی حجمی هستند.
2-2 معادله پیوستگی
معادله پیوستگی نیز بدین صورت تعریف میشود :[10-8]
3-2 معادله انتقال حرارت
با توجه به هندسه در نظر گرفته شده دو نوع انتقال حرارت وجود خواهد داشت که یکی انتقال حرارت جابجایی در سیال درون راکتور است و دیگر نیز انتقال حرارت هدایتی است که در دیواره جامد راکتور رخ میدهد. بر این اساس معادله اساسی انتقال حرارت در سیال موجود راکتور بصورت زیر است :[11 ,8]

در معادله بالا Cp، T و k به ترتیب بیانگر ظرفیت گرمایی حرارتی سیال، دمای سیال و ضریب هدایت گرمایی سیال هستند.

3 روش عددی
برای انجام شبیه سازی و همچنین تولید هندسه از نرم افزار Comsol 5 استفاده شد. بدین منظور با توجه به راکتور آزمایشگاهی موجود، راکتوری بطول 600 میلی متر و قطر 10/7 میلی متر تولید شد. لازم به ذکر است که از ضخامت راکتور بدلیل آنکه در انتقال حرارت تاثیر بسیار ناچیزی دارد، صرف نظر شد. شکل 1 (الف) مش ایجاد شده برای راکتور بستر ثابت به منظور استفاده از مدل متخلخل کامسول را نشان میدهد. شکل 1 (ب) نیز بستر کاتالیستی ایجاد شده را نمایش میدهد. لازم به ذکر است که برای ایجاد بستر کاتالیستی 100 گرم کاتالیست کروی با قطر 1/1 میلیمتر و چگالی 690 کیلوگرم بر متر مکعب درنظر گرفته شد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 27700 تومان در 10 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع

دانلود مقاله مروری بر مدلسازی راکتورهای بسترثابت کاتالیستی سنتز فیشر - تروپش

word قابل ویرایش
7 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
چکیدهدر طی چند سال گذشته، نگرانی عمدهای در مورد کاهش ذخایر جهانی نفت و افزایش قیمت نفت خام بوجود آمده است. این در حالیست کـه میزان تقاضای روز افزون جهانی و ناپایداریهای سیاسی در مناطق تولید نفت مشکلاتی برای عرضه این محصول به همراه داشته است. امـروزه در همین راستا جهت تامین تقاضای جهانی، نیاز مبرمی برای جایگزی ...

دانلود مقاله اثر توزیع دما ونوع کاتالیست بر عملکرد راکتورهای بستر ثابت در فرایند اکسی کلریناسیون اتیلن

word قابل ویرایش
4 صفحه
21700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
چکیدهتوزیــع دمــا در طــول راکتــور هــای بســتر ثابــت در فراینــد اکســی کلریناسیون اتیلن که منجر به تولید اتیلن دی کلرایـد مـی شـود در این تحقیق بررسی شده است . مزیت این کار اینست که ازرسیدن به دماهای بالا که منجر به غیر فعال شـدن کاتالیسـت مـی شـود جلـو گیری شده و به عبارتی عمر مفید کاتالیست استفاده شـده ...

مقاله شبیه سازی عددی انتقال حرارت و میدان جریان سه بعدی آشفته بر روی دسته میله های سوخت همراه با پره های مخلوط کننده درون قلب یک راکتور آبی تحت فشار

word قابل ویرایش
21 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
شبیه سازی عددی انتقال حرارت و میدان جریان سه بعدی آشفته بر روی دسته میله های سوخت همراه با پره های مخلوط کننده درون قلب یک راکتور آبی تحت فشار چکیده در این مطالعه اثر اسپیسر سوخت هسته ای و پره های مخلوط کننده آن بر روی توزیع خطوط جریان و انتقال حرارت بین میله های سوخت و سیال خنک کننده در یک کانال عبور سیال ...

مقاله مروری بر مدلسازی راکتورهای بسترثابت کاتالیستی سنتز فیشر - تروپش

word قابل ویرایش
21 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست *** مروری بر مدلسازی راکتورهای بسترثابت کاتالیستی سنتز فیشر-تروپش چکیده در طی چند سال گذشته، نگرانی عمدهای در مورد کاهش ذخایر جهانی نفت و افزایش قیمت نفت خام بوجود آمده است. این در حالیست کـه میزان تقاضای روز افزون جهانی و ناپایداریهای سیاس ...

مقاله ارائه یک مدل حرارتی – سیالات جهت شبیه سازی انتقال حرارت خون در بدن انسان

word قابل ویرایش
26 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست *** ارائه یک مدل حرارتی – سیالات جهت شبیه سازی انتقال حرارت خون در بدن انسان چکيده گردش خون نقش مهمي در انتقال حرارت بين بافت هاي زنده خصوصاً رگ هاي محيطي که در آن ها دما عموماً وابستگي بيشتري به شدت جريان خون دارد، ايفا مي کند. فرآيندهاي تو ...

مقاله مدلسازی انتقال حرارت در بستر پر شده با N=2 با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

word قابل ویرایش
14 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست *** مدلسازی انتقال حرارت در بستر پر شده با N=2 با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی چکیده دینامیـک سـیالات محاسـباتی ( (CFD مجموعـه ای از روش هـای حـل عددی معادلات بقا است که با توجه به بالا رفتن سرعت کامپیوتر ها بـه شـدت مورد توجه رشته ها ...

مقاله بررسی و ارزیابی روشهای اجرایی بهسازی خاک بر اساس شاخصهای توسعه پایدار

word قابل ویرایش
9 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
بررسی و ارزیابی روشهای اجرایی بهسازی خاک بر اساس شاخصهای توسعه پایدار چکیده اجرای اقدامات توسعهای بهویژه در فعالیتهای عمرانی عمدتا0 بر اساس رویکردی اقتصادی یا اجتماعی و بدون در نظر گرفتن تأثیرات زیستمحیطی این اقدامات بوده که این امر موجب بههم خوردن توازن زندگی بشر و رقم خوردن آیندهای خطرناک برای او شده اس ...

مقاله انتقال حرارت جابجایی آزاد سیالات غیر نیوتنی مدل پاورلا همراه با اثر جریان مگنتوهیدرودینامیک بر روی یک صفحه عمودی همراه با دمش و مکش یکنواخت در شرایط شار دیواره ثابت و همچنین دمای دیواره ثابت

word قابل ویرایش
26 صفحه
27700 تومان
دسته بندی : مقالات گوناگون
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست *** انتقال حرارت جابجایی آزاد سیالات غیر نیوتنی مدل پاورلا همراه با اثر جریان مگنتوهیدرودینامیک بر روي یک صفحه عمودي همراه با دمش و مکش یکنواخت در شرایط شار دیواره ثابت و همچنین دماي دیواره ثابت   چکیده در این مقاله انتقال حرارت جابجایی آز ...