–168- ارشددانلود

جمعه 7 مهر 1396 ساعت 09:07
معادله ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ معادله * ARABIC s 1 9) معادله ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ معادله * ARABIC s 1 10) معادله ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ معادله * ARABIC s 1 11) معادله ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ معادله * ARABIC s 1 12) معادله ( STYLEREF […]  
بدست 92

De Smetو همکاران ][ ، توان فشار جزئی اکسیژن در مخرج را از 5/0 تا 1 تغییر دادند.
Ma و همکاران ][ سینتیک اکسایش متان، اتان و پروپان را روی کاتالیست پلاتین مطالعه کردند. آن‌ها دو رابطه را برای توصیف سینتیک اکسایش متان استخراج کردند. عبارات سینتیکی برای دماهای در محدوده 360- C 460 بدست آمده است. مدل اول استخراج شده بصورت زیر است:

شکل ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 1)- نمایی از یک راکتور مونولیتیدر ادامه به بررسی مدل‌سازی‌های صورت گرفته برای راکتورهای مونولیتی برای انجام فرآیند ریفرمینگ پرداخته می‌شود.
مدل‌سازی‌های صورت گرفته برای راکتورهای مونولیتیVeser و همکاران ][ اکسایش کاتالیستی متان را بر روی کاتالیست پلاتین در یک راکتور مونولیتی بصورت یک بعدی مدل‌سازی کردند. مدل آن‌ها تنها شامل موازنه جرم و انرژی برای فاز گاز و کاتالیست مونولیتی بود. آن‌ها در بررسی خود فقط واکنش صورت گرفته در سطح کاتالیست را در نظر گرفتند. مکانیزم واکنش در نظر گرفته شامل جذب و دفع شش گونه‌ی CH4، O2، CO، CO2، H2 و H2O بود. عملکرد راکتور در مطالعه صورت گرفته بیشتر تحت تأثیر دمای واکنش و دبی گاز بود. قابل ذکر است که تخمین آن‌ها از yield هیدروژن و مونواکسید کربن با داده‌های تجربی تطابق خوبی نداشتند. این شرایط عدم تطابق در حالتی که دمای گاز ورودی زیاد باشد، بیشتر بود.
Canuو همکاران ][ احتراق کاتالیستی متان را بر روی پلاتین در یک راکتور مونولیتی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل‌سازی کردند. معادلات موازنه جرم، انرژی و ممنتوم در این کار تحقیقاتی به کمک نرم‌افزار CFX حل شده اند. در بررسی آن‌ها مشخص شد که واکنش فاز گاز تأثیر کمی روی درصد تبدیل متان دارد. در نتیجه آن‌ها واکنش‌ها را روی سطح کاتالیست در نظر گرفتند. به علت آنکه نسبت حجمی O2 به CH4 حدود 3/5 بود، آن‌ها واکنش احتراق کامل را در نظر گرفتند.
Ghadrdan و همکاران ][ یک مدل دو بعدی را برای احتراق کاتالیستی متان درون یک کانال راکتور مونولیتی بررسی کردند. آن‌ها مدل‌سازی خود را با مدل تجربی مقایسه نکردند و تنها به بررسی اثر پارامترهای مختلف نظیر دمای گاز ورودی، سرعت و غلظت آن بر روی عدد ناسلت پرداختند؛ با این وجود نویسندگان مقاله تأکید کردند که نتایج از نظر تئوری درست است. آن‌ها همچنین در مقاله خود ذکر کردند که شرط مرزی دما ثابت و فلاکس حرارتی ثابت به درستی بیانگر شرط مرزی واقعی روی دیواره نمی‌باشد.
Stutz و همکاران ][ معادلات موازنه جرم، انرژی و ممنتوم را برای جریان سیال درون یک کانال یک راکتور مونولیتی و با فرض دیواره آدیاباتیک کردند کردند. آن‌ها برای مدل‌سازی واکنش شیمیایی، 38 واکنش سطحی را با در نظر گرفتن 7 گونه گازی شکل و 12 جزء جذب شده به سطح در نظر گرفتند. کاتالیست استفاده شده در این تحقیق رودیم (Rh) بود.
معادله پیوستگی و موازنه جرم برای هر گونه شیمیایی به صورت زیر تعریف شده است:

معادله ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ معادله * ARABIC s 1 47)
پارامترهای استفاده شده در مدل‌سازی، در مرجع ]23[ ارائه شده‌اند.
مدل‌سازی صورت گرفته در این مطالعه دو بعدی بود. آن‌ها دو مدل را توسعه دادند؛ مدل اول، مدل دیواره عایق (ICM) بود که فقط جریان داخل کانال را در نظر می‌گرفت و مدل دوم، مدلی بود که علاوه بر جریان داخل لوله، هدایت حرارتی از دیواره را نیز در نظر می‌گرفت (CWM).
آن‌ها در این مطالعه، اثر تغییر در هدایت حرارتی دیواره راکتور و تغییر در ترکیب درصد گاز ورودی را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که هرچه هدایت حرارتی دیواره کمتر باشد، دمای بیشینه برای دمای دیواره و نیز بیشینه دمای متوسط گاز، بیشتر می‌باشد. در ابتدای راکتور، تولید هیدروژن در هدایت حرارتی کمتر، بیشتر است ولی در ادامه‌ی راکتور، حرارت انتقال یافته از دیواره، واکنش ریفرمینگ با بخار آب را که تولید هیدروژن می‌کند تقویت می‌کند. در نتیجه هرچقدر که هدایت حرارتی افزایش می‌یابد، تولید هیدروژن در نواحی انتهایی راکتور افزایش می‌یابد. همچنین بیشترین درصد تبدیل متان درصورتی حاصل می‌شود که دیواره کانال هادی حرارت نباشد. درصورتی‌که دیواره کانال هادی حرارت باشد، درصد تبدیل متان در بیشترین حالت، 16% کاهش می‌یابد. آن‌ها Yield هیدروژن و نسبت اکی‌والان را که بصورت زیر تعریف می‌شود در حالت‌های مختلف بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که Yield هیدروژن برای هدایت حرارتیk=0.0276 W m-1 K-1 و 8/0 = بیشترین است و با افزایش هدایت حرارتی، Yield هیدروژن در بیشترین حالت، 20% کاهش می‌یابد. هرچه نسبت اکی‌والان کمتر باشد، دمای خروجی راکتور بیشتر می‌شود. همچنین آن‌ها مشاهده کردند که در نسبت اکی‌والان کمتر، درصد تبدیل متان در هدایت حرارتی ثابت دیواره بیشتر است.
(هیدروژن Yield)
معادله ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ معادله * ARABIC s 1 48)
(نسبت اکی‌والان)
معادله ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ معادله * ARABIC s 1 49)
Chaniotis و همکاران] [ از واکنش اکسایش جزئی متان برای تولید هیدروژن درون یک کانال یک راکتور مونولیتی استفاده کردند. کانال در نظر گرفته شده mm 1 قطر و mm 10 طول داشت. سطح داخلی کانال با کاتالیست Rh پوشانیده شده بود. گاز ورودی، مخلوط متان و هوا بود که توسط نسبت اکی‌والان، ترکیب درصد گاز ورودی به راکتور مشخص می‌شد. آن‌ها در مطالعه خود ضخامت دیواره راکتور را ناچیز گرفتند و از هدایت حرارتی در جهت شعاعی صرفنظر کردند. در نتیجه آن‌ها شرایط آدیاباتیک را برای شرایط مرزی خود در نظر گرفتند.
آن‌ها در مدل‌سازی خود دو مدل را برای بررسی دمای راکتور، تشکیل دوده، درصد تبدیل متان و yield هیدروژن انتخاب کردند؛ مدل راکتور کاملاً درهم آمیخته (SPSR) و مدل ناویر- استوکس . مدل SPSR بر این فرض استوار است که اختلاط مواد واکنش‌دهنده بقدری کامل است که تبدیل واکنش‌دهنده‌ها به محصولات از طریق سرعت‌های واکنش‌های شیمیایی تعیین می‌شوند تا از طریق نفوذ، جابجایی یا سایر مکانیزم‌های انتقال. آن‌ها برای بررسی صحت نتایج حاصل از مدل SPSR، از محاسبات بر مبنای معادلات ناویر- استوکس نیز سود بردند. آن‌ها معادلات ناویر- استوکس را که شامل معادلات بقای جرم، ممنتوم، انرژی و بقای گونه‌های شیمیایی بود به کمک نرم‌افزار CFD-ACE+ حل کردند. در هر دو مدل مکانیزم واکنش در نظر گرفته شده شامل 38 واکنش سطحی ابتدایی بود که 7 گونه گازی و 12 گونه جذب شده در سطح را در بر می‌گرفت و قادر بود اکسایش جزئی و کامل متان را بر روی Rh توصیف کند.
آن‌ها در بررسی‌های خود به این نتیجه رسیدند که تولید هیدروژن به شدت به نسبت اکی‌والان بستگی دارد. در محدوده نسبت اکی‌والان بین 6/0 تا 1، میزان هیدروژن تولید شده بالا بوده و yield هیدروژن حدود 70-80% است (سرعت گاز ورودی ms-1 1 و دمای آن K 875 می‌باشد). همچنین در این محدوده، دمای عملیاتی و تشکیل دوده روی سطح کاتالیست نسبتاً کم می‌باشد.
نتایج حاصل از دو مدل ناویر استوکس و مدل SPSR برای yield هیدروژن، اختلاف کمی را نشان می‌دهد که ناشی از استفاده از مکانیزم دقیق برای واکنش‌های صورت گرفته در راکتور و نیز تخمین دقیق زمان اقامت برای مدل SPSR است.
Shi و همکاران ][ ریفرمینگ با بخارآب ایزو‌اکتان را بر روی کاتالیست Rh در یک راکتور مونولیتی به کمک مدل‌سازی سه بعدی CFD بررسی کردند. آن‌ها عملکرد همه‌ی کانال‌ها را در راکتور مونولیتی مورد مطالعه یکسان فرض کردند و تنها یک کانال از راکتور را به عنوان دامنه محاسباتی خود برگزیدند. آن‌ها تولید هیدروژن را در سه شرایط حرارتی بررسی کردند. در حالتی که دیواره‌ی کانال در دمای ثابت در محدوده‌ی C 625-750 باشد، آن‌ها به این نتیجه رسیدند که عمده هیدروژن در یک چهارم ابتدایی راکتور تولید می‌شود. در شرایطی که دیواره‌ی کانال در شرایط آدیاباتیک باشد، افزایش سریع در تولید هیدروژن و کاهش سریع در دمای راکتور، در یک دهم ابتدایی راکتور صورت می‌گیرد؛ این نتایج در حالی است که دمای خوراک ورودی به راکتور، در محدوده C 900-600 باشد. درصورتیکه شرایط در روی دیواره به‌گونه‌ای انتخاب شود که مقداری شار حرارتی ثابت بر روی دیواره وجود داشته باشد، تولید هیدروژن در طول راکتور صورت می‌گیرد. بیشینه اختلاف دما در طول راکتور در حالت شار حرارتی ثابت- برای تولید میزان هیدروژن یکسان نسبت به شرط مرزی آدیاباتیک بر روی دیواره- بسیار کمتر است.
Hayes ][ و همکاران یک مدل دو بعدی از یک کانال راکتور مونولیتی را برای بررسی مقادیر اعداد ناسلت و شروود تحت شرایط وقوع واکنش توسعه دادند. آن‌ها در این مطالعه به نتایج زیر رسیدند:
اعداد ناسلت و شروود برای حالتی که واکنش شیمیایی بر روی دیواره اتفاق می‌افتد با حالتی که دمای دیواره ثابت است یا حالتی که فلاکس حرارتی ثابتی روی دیواره وجود دارد، یکسان نمی‌باشد.
یک درونیابی ساده به کمک عدد Damkohler محاسبه شده در شرایط ورودی راکتور بین مقادیر ناسلت برای حالت دمای ثابت بر روی دیواره و حالت فلاکس حرارتی ثابت، نمی‌تواند مقدار ناسلت مشاهده شده را بصورت دقیق تخمین بزند. به هنگام محاسبه‌ی مقادیر ناسلت و شروود، باید اثرات توسعه هم‌زمان لایه مرزی حرارتی، غلظت و هیدرودینامیکی را در نظر گرفت.
Di Benedetto ] [ و همکاران رفتار حرارتی یک میکروراکتور مونولیتی - بخصوص یک میکروراکتور با سه و پنج کانال- را به کمک مدل‌سازی بررسی کردند. مدل توسعه داده شده، یک مدل دو بعدی بود و از احتراق پروپان به عنوان واکنش صورت گرفته درون راکتور استفاده کردند. آن‌ها نمودارهای پارامترهای عملیاتی را برحسب سرعت گاز ورودی رسم کردند و با نمودارهای متناظر یک کانال مقایسه کردند. آن‌ها همچنین به ازای یک دبی کلی ثابت ورودی به راکتور، دبی‌های متفاوتی را به کانال‌های میکروراکتور دارای پنج کانال تزریق کردند تا بیشترین میزان تبدیل سوخت و دانسیته توان خروجی را بدست آورند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که به علت نقش اتلافات حرارتی، رفتار ساختار دارای چند کانال از رفتار یک کانال قابل برون‌یابی نیست و باید کل میکروراکتور مونولیتی مدل‌سازی شود؛ هرچند که زمان لازم برای مدل‌سازی یک راکتور با سه و پنج کانال، بترتیب حدود سه و پنج برابر زمان لازم برای مدل‌سازی یک کانال است.
Deutschmann ][ و همکاران اکسایش جزئی متان بر روی کاتالیست رودیم را درون یک کانال یک راکتور مونولیتی بصورت دو بعدی مدل‌سازی کردند. آن‌ها در بررسی خود، مکانیزم واکنش پیچیده‌ای را که شامل 17 واکنش ابتدایی بود برای توصیف رفتار اکسایش جزئی متان درون راکتور کاتالیستی با زمان اقامت کوتاه برگزیدند. آن‌ها متوجه شدند که در ابتدای راکتور، تغییرات سریع دما، سرعت و ضرایب انتقال اتفاق می‌افتد. آن‌ها همچنین رقابت بین واکنش‌های اکسایش کامل و جزئی متان را که مطابق آن CO2 و H2O در ناحیه ابتدایی راکتور کاتالیستی تشکیل می‌شود، به کمک میزان پوشش سطح محاسبه شده توضیح دادند. آن ها به این نتیجه رسیدند که درصد تبدیل متان و انتخاب‌پذیری گاز سنتز با افزایش دما، افزایش می‌یابد. همچنین افزایش فشار راکتور، درصد تبدیل متان را کاهش می‌دهد؛ درحالیکه انتخاب‌پذیری گاز سنتز تنها کمی کاهش می‌یابد.
Ding ][ و همکاران با کمک مدل‌سازی CFD به بررسی احتراق جزئی متان بر روی مونولیت با پوشش رودیم پرداختند. در این مدل‌سازی دو بعدی، اثرات انتقال حرارت هدایتی از دیواره، قطر کانال و سطح ویژه کاتالیستی بر روی عملکرد راکتور در نظر گرفته شده است و بر مبنای نتایج حاصل از مدل‌سازی، روش‌هایی برای کاهش بیشینه دمای دیواره - بدون آنکه درصد تبدیل متان و انتخاب‌پذیری گاز سنتز کاهش قابل توجهی یابد- پیشنهاد دادند. آن‌ها گزارش کردند که بیشینه دمای دیواره، با افزایش هدایت حرارتی دیواره از صفر تا W/m.K 180، K 300- 400 کاهش می‌یابد؛ بدون آنکه درصد تبدیل متان کاهش قابل توجهی داشته باشد. در مقابل نسبت کم از C/O منجر به درصد تبدیل بالای CH4 می‌شود. بنابراین استفاده از دیواره با هدایت حرارتی بالا در کنار استفاده از نسبت کم از C/O، می‌تواند درصد تبدیل مناسب متان را همراه با دمای دیواره کمتر به ارمغان بیاورد که برای پایداری کاتالیست مناسب می‌باشد. همچنین آن‌ها گزارش کردند که در مقدار سطح ویژه ثابت کاتالیست، بیشینه دمای دیواره با افزایش قطر کانال کمتر خواهد بود و در قطر کانال ثابت، سطح ویژه بالای کاتالیست منجر به درصد تبدیل بالاتر متان و انتخاب‌پذیری بیشتر برای گاز سنتز و کاهش بیشینه دمای دیواره می‌شود.
Mei و همکاران ][ یک راکتور مونولیتی فلزی استوانه‌ای را برای ریفرمینگ خودگرمازای متان برگزیدند. آن‌ها برای ترکیب دو فرآیند ریفرمینگ با بخار آب و اکسایش، راکتور را به دو بخش تقسیم کردند؛ بخش درونی راکتور و بخش حلقوی بین دیواره خارجی راکتور و بخش درونی. مواد ورودی به راکتور برای هر فرآیند از بخش‌های جداگانه وارد راکتور می‌شود. فرض شده است که فرآیند ریفرمینگ با بخارآب و احتراق کاتالیستی متان بترتیب بر روی Ni/MgAl2O3 و Pd/Al2O3 صورت می‌گیرد. واکنش‌های در نظر گرفته شده در این مدل‌سازی، واکنش‌های (2-9) تا (2-12) می‌باشند.
آن‌ها برای جلوگیری از اتلاف حرارتی، مخلوط گازی برای واکنش احتراق (مخلوط متان/هوا) را از بخش درونی راکتور و مخلوط مواد واکنش‌دهنده برای واکنش ریفرمینگ بخار (مخلوط متان و بخار آب به همراه کمی CO2، H2 و N2) را از بخش حلقوی شکل عبور دادند. در این مطالعه، یک مدل سه بعدی بر مبنای مدل‌سازی کل راکتور برای جریان هم‌سوی مواد واکنش‌دهنده استخراج شده است که در آن انتقال حرارت جابجایی ، موازنه جرم گاز، جریان گاز و انتقال حرارت هدایتی جامد در نظر گرفته‌ شده است. در این مدل، اثرات نسبت سرعت خوراک دو بخش، دمای ورودی، غلظت خوراک و ساختار راکتور بررسی شده است؛ هرچند که بهینه‌سازی پارامترها در این مطالعه صورت نگرفته است. برای دستیابی به توان حرارتی مورد نیاز فرآیند ریفرمینگ، نسبت سرعت‌ بالاتر بخش ریفرمینگ به احتراق، دمای ورودی بالاتر و آرایش مناسب برای توزیع کاتالیست پیشنهاد شده است.
Shi و همکاران ] [، یک مدل عددی را برای بررسی عملکرد یک ریفرمر مونولیتی کاتالیستی که در آن ریفرمینگ خودگرمازای نرمال هگزادکان صورت می‌گرفت توسعه دادند. در این مدل‌سازی، آن‌ها به جای مدل‌سازی کل کانال‌ها، کل راکتور را به عنوان یک محیط متخلخل در نظر گرفتند. با این فرض، محیط محاسباتی، شامل دیواره‌های جامد راکتور و فضای خالی کانال‌ها برای عبور جریان می‌باشد. در این حالت، درصدی از حجم که برای عبور جریان اختصاص می‌یابد از طریق ضریب تخلخل مشخص می‌شود. کاتالیست استفاده شده در مطالعه Shi ]31[ و همکاران شامل اکسید سریم، اکسید گادولینیوم و 1% وزنی پلاتین بود.
آن‌ها در مطالعه خود، اثر هدایت حرارتی ماده جامدی را که راکتور از آن ساخته می‌شود مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که هدایت حرارتی ماده سازنده راکتور روی پروفایل دمای درون راکتور تأثیر می‌گذارد ولی اثر آن بر روی درصد مولی H2، CO و CO2 ناچیز است. بیشینه دمای مشاهده شده در راکتور با افزایش هدایت حرارتی از 76/2 به W/m.K 4/202 تنها C 30 کاهش یافته است. کانتورهای دما برای تغییر هدایت حرارتی از 76/2 به W/m.K 4/202 در شکل (2-2) نمایش داده شده است:

شکل ( STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 3): بازده ریفرمینگ بر مبنای هبدروژن و گاز سنتز در اثر تغییر توان حرارتی ورودی
Liu ][ و همکاران راکتور مونولیتی را طراحی کردند که میزان انتقال جرم در آن بیشتر می‌باشد. آن‌ها برای دستیابی به انتقال جرم بهتر، یک ماده‌ی متخلخل با هدایت حرارتی بالا را روی دیواره داخلی پایه مونولیتی قرار دادند. در واقع در کانال راکتور مونولیتی مورد مطالعه، دو لایه استفاده شده است. یک لایه پایه فلزی است که راکتور از آن ساخته می‌شود و لایه دیگر، فلزی است که بر روی پایه نشانده می‌شود. این نوع طراحی مزایای زیر را دارد: (1) هدایت حرارتی بالای ماده‌ی سازنده راکتور انتقال حرارت شعاعی بین کانال‌ها را مؤثرتر می‌کند (2) لایه دوم شامل ذرات فعال کاتالیستی می‌باشد (3) این طراحی می‌تواند انتقال جرم خارجی و نفوذ درون لایه دوم را مؤثرتر کند.
آن‌ها برای بررسی راکتور طراحی شده، احتراق کاتالیستی متان را به عنوان واکنش انتخاب کردند و یک رابطه سرعت درجه اول برای واکنش درون لایه متخلخل و دیواره جامد را استفاده کردند. آن‌ها دو مجموعه معادله‌ی 2 بعدی را برای بالک گاز و ماده جامد متخلخل در نظر گرفتند که این معادلات شامل معادلات ممنتوم، حرارت و انتقال جرم بود. بعد از حل این معادلات آن‌ها به نتایج زیر رسیدند: (1) با این طراحی، سطح ویژه‌ی بیشتری برای واکنش فراهم می‌شود. همچنین آن‌ها از مدل‌سازی خود متوجه شدند که انتقال جرم بین بالک گاز و ماده جامد متخلخل در این نوع طراحی به علت کاهش مقاومت خارجی فیلم بین بالک و لایه کاتالیست، افزایش می‌یابد. (2) اثرات دمای گاز ورودی، غلظت ورودی متان و سرعت ورودی مخلوط گازی بر روی انتقال جرم خارجی این کانال دو لایه ناچیز است.
نتیجه گیریهمان‌طور که مشاهده شد بسیاری از تحقیقات صورت گرفته برای ریفرمینگ خودگرمازای متان بر روی کاتالیست‌های مرسوم صورت گرفته است. در این تحقیق به بررسی عملکرد فرآیند ریفرمینگ خودگرمازای متان بر روی کاتالیست 5% در یک راکتور مونولیتی کاتالیستی پرداخته می‌شود. علاوه بر این در بسیاری از تحقیقات صورت گرفته از هوا برای فرآیند ریفرمینگ خودگرمازا استفاده شده است. با توجه به اینکه حضور نیتروژن موجب رقیق شدن محصولات می‌شود، در این مدل‌سازی از اکسیژن خالص استفاده شده است. در نهایت نتایج حاصل از مدل‌سازی با کار آزمایشگاهی صورت گرفته توسط Rabe ][ و همکاران مقایسه شده است و اثر دمای گاز ورودی به راکتور و غلظت اکسیژن و بخارآب ورودی مورد بررسی قرار گرفته است.
ارائه‌ی مدل‌سازیمقدمهمدل‌های عددی صورت گرفته بر مبنای CFD را می‌توان برای مطالعه و طراحی راکتورهای کاتالیستی استفاده کرد. به طور کلی یک مدل CFD برای یک ریفرمر سوخت شامل دو مدل می‌شود. یک مدل برای راکتور و یک مدل برای مدل‌سازی واکنش. مدل مربوط به راکتور شامل معادلات بقای جرم، انرژی، ممنتوم و گونه‌های شیمیایی می‌باشد. مدل مربوط به واکنش، شامل مکانیزم واکنش‌های صورت گرفته و سینتیک هر یک از این واکنش‌ها می‌باشد. منظور از سینتیک در این مدل‌سازی، معادلات سرعت واکنش‌های صورت گرفته می‌باشد. در این فصل ابتدا مشخصات راکتور مونولیتی مورد استفاده برای مدل‌سازی شرح داده می‌شود و در ادامه معادلات استفاده شده در مدل‌سازی ارائه شده‌اند.
مشخصات راکتور مونولیتی مدل‌سازی شدهراکتور مونولیتی مورد استفاده توسط Rabe ] 33 [و همکاران، مجهز به یک ترموکوپل (TC) برای ثبت دما در طول راکتور است. در ناحیه ابتدایی این راکتور (قبل از ناحیه مونولیتی اول)، صفحه‌ای برای اختلاط هرچه بهتر گازها وجود دارد. این صفحه یک جریان یکنواخت را برای عبور از ناحیه مونولیتی فراهم می‌کند. این راکتور دارای سه ناحیه مونولیتی است. با این وجود تنها یکی از این سه ناحیه مونولیتی، کاتالیستی است و دو ناحیه‌ی دیگر بدون کاتالیست است. کاتالیست مورد استفاده در این کار آزمایشگاهی، 5% است. شایان ذکر است که آن‌ها اثر حضور دو ناحیه مونولیتی کاتالیستی را نیز بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که حضور ناحیه کاتالیستی دوم، تأثیر چندانی روی عملکرد راکتور ندارد. قطر و طول هر ناحیه مونولیتی cm 5/3 است. از آنجا که تعداد کانال‌های یک راکتور مونولیتی معمولاً بصورت تعداد کانال در واحد اینچ مربع تعریف می‌شود، برای راکتور استفاده شده این عدد برابر cpsi 400 است که با درنظر گرفتن قطر راکتور مونولیتی، حدود 597 کانال می‌شود. آب توسط یک پمپ به یک تبخیر‌کننده وارد می‌شود و متعاقباً بخار آب با متان مخلوط می‌شود. مخلوط بخارآب/متان تا دمای C ˚ 275 پیش‌گرم می‌شود. اکسیژن نیز در دمای اتاق وارد راکتور می‌شود. برای شروع آزمایش، راکتور تا دمای احتراق کاتالیستی خوراک ورودی (حدود C ˚ 500) توسط یک گرم‌کن ، گرم می‌شود و بعد از احتراق واکنش، گرم کردن خارجی راکتور قطع می‌گردد. نمایی از این راکتور در شکل (3-1) نشان داده شده است.

شکل ( STYLEREF 1 s ‏3 SEQ شکل * ARABIC s 1 2)- سطح مش‌بندی شده هندسه مورد استفاده در مدل‌سازیتعداد مش‌های زده شده بر روی حجم، حدود 37500 است. با توجه به اینکه تغییرات دما و غلظت اجزاء، در ورودی راکتور سریع است، تعداد مش‌های در نظر گرفته شده در ابتدای راکتور، بیشتر است.
فرضیات و معادلات استفاده شده در مدل‌سازیبنا به کار آزمایشگاهی Rabe ]33[ و همکاران، زمانی‌که WHSV (نسبت جرم واکنش‌گر خورانده شده به راکتور در ساعت به جرم کاتالیست ،1/3 گرم % Ru-γ Al2O35 به ازای هر مونولیت)، برابر hr-1 119 باشد، عدد رینولدز در یک کانال راکتور مونولیتی مورد استفاده برابر 32 بدست می‌آید که بیانگر آرام بودن جریان درون کانال است. جریان سیال داخل کانال، تراکم‌ناپذیر فرض شده است . مخلوط گازی نیز، ایده‌آل فرض شده است. از آن جا که فشار عملیاتی درون راکتور bar 1/2 می‌باشد و افت فشار در راکتور مونولیتی خیلی کم است، این فرضیات منطقی است. مدل‌سازی این سیستم، در حالت پایا صورت گرفته است. معادلات پیوستگی، ممنتوم، انرژی و گونه‌های شیمیایی در نظر گرفته شده بصورت زیر می‌باشند ][ که در ادامه نیز روش‌های محاسبه پارامترهای این معادلات که از مرجع ]34[ برگرفته شده است ارائه می‌شود. این معادلات به کمک نرم‌افزار FLUENT 6.3.26 حل شده‌اند.

Related posts:

این نوشته در پایان_نامه فرستاده شده.

پاسخ دهید

نظرات (0)
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)

نام :
ایمیل :
وب/وبلاگ :
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد