تحقیق درباره شبیه‎سازی راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی جهت احیاء NOx توسط آمونیاک

اختصاصی از رزفایل تحقیق درباره شبیه‎سازی راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی جهت احیاء NOx توسط آمونیاک دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

شبیه‎سازی راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی جهت احیاء NOx توسط آمونیاک

خلاصه

امروزه آلودگی هوا به عنوان یکی از معضلات شهرهای بزرگ شناخته شده است و در این راستا NOxکه مخلوطی از اکسیدهای نیتروژن می‎باشد. به عنوان یکی از اجزاء آلاینده گازی هوا شناخته شده است. هدف از این تحقیق بررسی احیاء کاتالیستی اکسیدهای نیتروژن می‎باشد. برای این منظور از عامل تبدیل آمونیاک بر روی کاتالیست کک فعال به دلیل فراوانی و عملکرد مناسب در دمای پایین (C ْ 250ـ 100) استفاده می‎شود. واکنشهایی که در این حالت اتفاق می‎افتند، شامل احیاء NO با کربن، اکسیداسیون آمونیاک با اکسیژن، احیاء NO با آمونیاک (واکنش اصلی) و واکنش آمونیاک با SO2 می‎باشند. با مشخص بودن روابط سینتیکی واکنشها، شبیه‎سازی کامپیوتری برای راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی انجام گرفته است.

واژه‎های کلیدی: احیاء کاتالیستی، راکتور بستر ثابت، راکتور بستر سیالی

1ـ مقدمه

NOx که به عنوان یک جزء مهم آلودگی هوا شناخته شده است توسط منابع ساکن و متحرک که از سوختهای فسیلی استفاده می‎کنند ایجاد می‎گردد. بیماریهای تنفسی، صدمه به گیاهان، باران‎های اسیدی و غیره از جمله خطرات ناشی از وجود بیش از حد NOx در جو می‎باشند بدین منظور محققین روش‎های مختلفی برای بازیابی اکسیدهای نیتروژن از جریان‎های گازی خروجی از صنایع بکار برده‎اند. از محلول‎های مختلفی می‎توان برای جذب و بازیابی اکسیدهای نیتروژن استفاده کرد. همچنین جذب سطحی اکسیدهای نیتروژن بر مواد جاذب جامد امکان‎پذیر است. یکی از روشهای بسیار مؤثر در حذف اکسیدهای نتیروژن احیاء کاتالیستی آنها می‎باشد که به دو صورت انتخابـــی و غیـــرانتخابی انجــــام می‎شـــوند. در احیاء کاتالیستی غیرانتخابی عامل تبدیل (NH3, CH4, CO, H2) علاوه بر اکسیدهای نیتروژن با دیگر ترکیبات گازی (O2, SOx) نیز واکنش می‎دهند. بدجای، ریزنفلد و اربچ [1] از عامل تبدیل H2 و کاتالیست کربن فعال برای احیاء NOx استفاده کردند. شیکادا و فوجی موتو [2] احیاء NO با آمونیاک را با استفاده از کاتالیست اکسید وانادیم بر پایه اکسید کمپلکس سیلیکا ـ تیتانیا مطالعه کردند و همچنین جانتجن و همکاران [3] احیاء NO با آمونیاک بر کاتالیستهای کربن را مورد بررسی قرار دادند. در حالت احیاء کاتالیستی انتخابی تنها احیاء NOx صورت می‎گیرد یعنی اینکه ساختار کاتالیست طوری است که سرعت احیاء NOx از دیگر واکنشها بسیار شدیدتر است. طی سالهای اخیر به منظور احیاء انتخابی اکسیدهای نیتروژن بیشتر از عامل تبدیل آمونیاک بر کاتالیستهای لانه زنبوری استفاده شده است. ترونکونی و فورزاتی [4] در این زمینه تحقیقاتی انجام داده‎اند.

2ـ احیاء کاتالیستی NO به وسیله آمونیاک

هدف از این تحقیق بررسی مکانیسم واکنشها و بدست آوردن روابط ریاضی مناسب برای معادلات سرعت نمی‎باشد بلکه هدف استفاده از این معادلات برای شبیه‎سازی راکتورهای کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی می‎باشد. به منظور به دست آوردن معادلات سرعت، جانتجن و همکاران معادلات تئوری مناسبی برای هر واکنش در نظر گرفتند و سپس با استفاده از نتایج آزمایشگاهی حاصل از یک راکتور کاتالیستی با بستر ثابت پارامترهای مجهول این معادلات را به دست آوردند. آنها از کک فعال جهت احیاء NO به وسیله آمونیاک استفاده کردند. قطر ذرات کک فعال مورد استفاده بین 9ـ4 میلیمتر، سطح ویژه آن در محدوده 600ـ30 مترمربع بر گرم، دانسیته توده آن در بستر 700ـ550 گرم بر لیتر و نقطه احتراق آن C ْ 360 می‎باشد.

1ـ2ـ واکنشهای انجام شده و سینیتیک مربوطه

در محدوده دمایی C ْ 250ـ100 و در حضور گازهای O2, H2O,SO2,NH3,NO چهار واکنش زیر درون راکتور صورت می‎گیرد.

(1)

(2)

(3)

(4)

با فرض اینکه تنها غلظت واکنش‎گرهای SO2, NH3,NO در سینبتیک مهم می‎باشد و اینکه سرعت هر واکنش نمی‎تواند بر سرعت دیگر واکنشها اثر بگذارد معادلات سرعت به صورت زیر بدست آمده‎اند:

1ـ جهت احیاء NO در غیاب SO2, NH3 با کک فعال تنها واکنش (1) رخ می‎دهد که سرعت واکنش به صورت زیر بستگی به غلظت NO و O2 دارد:

(5)

2ـ اکسیداسیون آمونیاک در غیاب NO با واکنش (2) صورت می‎گیرد که یک واکنش درجه اول است و سرعت آن به صورت زیر می‎باشد:

3ـ با حضور NH3, NO در مخلوط گازی واکنشهای (1) تا (3) به طور همزمان رخ می‎دهند که با مشخص بودن سرعت واکنشهای (1) و (2) معادله سرعت برای واکنش (3) به صورت زیر در می‎آید:

(7)

4ـ مشکل‎ترین حالت حذف همزمان SO2, NO با آمونیاک می‎باشد که علاوه بر واکنشهای (1) و (2) و (3)، واکنش (4) نیز رخ می‎دهد:

(8)

2ـ2ـ شبیه‎سازی راکتور با بستر ثابت

با مطالعه نتایج آزمایشگاهی موجود و مدل پیشنهادی جانتجن و همکاران در این تحقیق دو نوع راکتور کاتالیستی با بستر ثابت و سیالی مورد توجه قرار گرفته و برای هر کدام یک مدل ریاضی ارائه شده است. با حل معادلات مربوط به این دو مدل، غلظت تمام اجزاء گازی، دما و فشار در طول بستر بدست می‏آیند. برای بستر ثابت براساس تئوری میرز [5] از پراکندگی محوری صرف‎نظر شده و جریان گاز درون بستر به صورت قالبی در نظر گرفته می‎شود. همچنین به دلیل پایین بودن دمای راکتور سرعت واکنشهای سطحی کم می‎باشد که میرز [6] نشان داد در این حالت می‎توان از مقاومت‎های فیلم گاز و نفوذ حفره‏ای صرف‎نظر کرد. با توجه به این فرضیات برای یک برش حجمی جزئی در طول بستر ثابت، روابط موازنه جرم در حالت پایدار به صورت زیر می‎باشند:

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

تحقیق درباره بررسی مدل‌سازی واکنش کاتالیستی اکسایش متانول به فرمالدیید در یک راکتور بستر سیال

اختصاصی از رزفایل تحقیق درباره بررسی مدل‌سازی واکنش کاتالیستی اکسایش متانول به فرمالدیید در یک راکتور بستر سیال دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 تعداد صفحه13

بخشی از فهرست مطالب

چکیده

بخش تجربی

مواد شیمیایی

روش آزمایش

نتیجه‌گیری نهایی

بهینه‌سازی پویای راکتور شکست حرارتی اتیلن دی کلرید

چکیده

مقدمه

است به طور معمول از اکسایش کاتالیستی متانول در راکتورهای بستر ثابت به دست می‌آید. در این تحقیق فرایند ذکر شده در راکتور بستر سیال مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور یک راکتور بستر سیال به قطر 22 میلیمتر و طول 50 سانتیمتر از جنس فولاد زنگ‌نزن که قابلیت کنترل دما و شدت جریان مواد را داراست ساخته شده است. اثر پارامترهای متفاوت عملیاتی بر عملکرد راکتور بالا مطالعه شده است. نتیجه‌ها با سه مدل سه فازی تطبیق داده شده و میزان دقت مدل‌ها در پیش‌بینی رفتار راکتور مشخص شده است. نتیجه‌ها نشان می‌دهد که تحت شرایط مناسب میزان تبدیل متانول به فرمالدیید تا 89 درصد افزایش می‌یابد و با بالا رفتن سرعت گاز در بستر سیال این میزان کاهش می‌یابد که دلیل آن کاهش زمان اقامت و در نتیجه کاهش تماس متانول با فرمالدیید است. بررسی مدل‌ها نشان می‌دهد که بیشترین انحراف مربوط به مدل Shiau _ Lin با 23 درصد خطا و بیشترین تطابق مربوط به مدل El_Rafai  و  El_Halwagi با 10 درصد خطا می‌باشد. بنابراین در این واکنش جریان‌های برگشتی به دلیل کوچک بودن قطر راکتور در مقایسه با طول آن از اهمیت کمتری برخوردار است.

مقدمه

بسترهای سیال از جمله دستگاه‌های مهم عملیاتی در فرایندهای شیمیایی هستند که درآنها محدودیت‌هایی از قبیل انتقال حرارت یا نفوذ وجود دارد. از جمله مزایای راکتورهای بستر سیال نسبت به راکتورهای بستر ثابت کنترل دمای بهتر، عدم وجود نقطه‌های داغ در بستر، توزیع یکنواخت کاتالیست در بستر و عمر طولانی کاتالیست است. بنابراین انجام فرایندها در بستر سیال می‌تواند حایز اهمیت باشد. یکی از موارد مهم در بسترهای سیال مدل‌سازی آنهاست. مدل‌سازی راکتورهای بستر سیال ابتدا با نظریه محیط دوفازی آغاز شد. در بین مدل‌های اولیه دوفازی می‌توان از مدل Davidsoin_Harrison نام برد.

در این مدل فاز چگال (امولسیون) و فاز حباب‌های گاز دو فاز مدل را تشکیل می‌دهند و افزون بر این فرض شده است که فاز امولسیون در حداقل سرعت سیالیت باقی می‌ماند و نیز قطر حباب در طول بستر ثابت بوده و واکنش در فاز امولسیون اتفاق می‌افتد و انتقال جرم بین دو فاز صورت می‌گیرد. این مدل بر مبنای اصول هیدرودینامیک بنا شده است ولی جریانهای برگشتی در فاز امولسیون را درنظر نمی‌گیرد. Fryer مدل جریان برگشتی غیر همسو را که بر مبنای مدل بستر حبابی بود ارایه کرد و سرعت جریان برگشتی جامد را برابر با حداقل سرعت سیالیت در نظر گرفت.

مدل سه فازی Kunii و Levenspiel  بر اساس اصول هیدرودینامیک بنا شده و بستر از سه ناحیه حباب، ابر و امولسیون تشکیل شده به طوری که دنباله به عنوان بخشی از فاز ابر در نظر گرفته می‌شود. حباب صعود کننده از مدل Davidsoin پیروی می‌کند و فاز امولسیون در شرایط حداقل سیالیت باقی می‌ماند که در آن پارامتر اصلی قطر حباب است که در بستر توزیع می‌شود و یک قطر موثر در طول بستر در نظر گرفته می‌شود. واکنش درجه اول و جریان در فاز حباب، پلاگ در نظر گرفته می‌شود. تبادل جرم بین فازهای حباب _ ابر و ابر_ امولسیون صورت می‌گیرد.