مدل سازی واکنش جفت کاتالیزوری مونواکسید کربن با دی اتیل اگزالات در راکتورهای با بستر ثابت
چکیده
مدل راکتور شبه همگن دو بعدی برای شبیه سازی عملکرد راکتور های بستر ثابت برای واکنش جفت کاتالیزوری مونواکسید کربن با دی اتیل اگزالات ایجاد شد. مدل سازی راکتور با استفاده از مدل عددی جامع متشکل از معادلات بیلان انرژی و مواد جفت دو بعدی انجام شد. مدل سینتیک قانون توان برای شبیه سازی واکنش جفت کاتالیزوری با در نظر گرفتن یک واکنش اصلی و دو واکنش فرعی اعمال شد. روایی و اعتبار مدل راکتور با داده های اندازه گیری شده از فرایند های مختلف و هم خوانی رضایت بخش بین پیش بینی مدل و نتایج اندازه گیری شده تست شد. به علاوه، شبیه سازی های عددی دقیق برای بررسی اثر پارامتر های عملیاتی اصلی بر روی رفتار راکتور با بستر ثابت برای واکنش جفت کاتالیزوری مونواکسید کربن با دی اتیل اگزالات انجام شده و نتایج نشان داد که دمای خنک کننده حساس ترین پارامتر است.
2-راکتور بستر ثابت شبیه سازی شده و توصیف واکنش جفت
از زمانی که لی و همکاران(2004) و زو و همکاران (2010) به طور آزمایشی به بررسی واکنش جفت مونواکسید کربن به دی اتیلن کربنات در واکنش بستر ثابت پرداخته و داده های ازمایشی زیادی را در خصوص واکنش بدست اوردند، راکتور بستر ثابت در مطالعه آن ها( لی و همکاران 2004، زو و همکاران 2010) به صورت یک شی شبیه سازی شده انتخاب می شود. با ارجاع به رفرنس های Li et al. (2004), Xu et al. (2010)، راکتور انتخابی دارای قطر داخلی 0.027 و طول 1.5 متر است. اطلاعات بیشتر در خصوص پیکر بندی واکنش در شکل 1 نشان داده شده است. به لاوه در رابطه با راکتور بستر ثابت، میدان جریان در راکتور با استفاده از شکل هندسی متقارن محور دو بعدی محاسبه می شود. از سوی دیگر، همان طور که قبلا گفته شد، واکنش کوپلینگ یا جفت، سنتز دی اتیلن کربنات از مونواکید کربن و EN بر روی یک کاتالیزگر فلزی در راکتور بستر ثابت است. در راکتور بستر ثابت، ذرات کاتالیز گر کروی با اندازه یکسان در یک راکتور قرار داده می شوند. مونواکسید کربن و EN به طور پیوسته در راکتور قرار داده می شوند و ذرات کاتالیز گر جامد برای تولید دی اتیلن کربنات واکنش داده و تولید محصولات فرعی می کند. به علاوه، به طور کلی، ذرات کاتالیزگر پلاتینوم حامل کاتالیزگر دارای تخلخل می باشند. از این روی در این مطالعه، سیستم واکنشی به صورت سیستم دو فازی جامد-گاز در نظر گرفته شده و فاز جامد متشکل از ذرات کاتالیزگر متخلخل می باشد و مراحل واکنش در معادلات 1 تا 3 نشان داده شده است. در نتیجه، مدل راکتور زیر توسعه یافته است.
abstract
A two-dimensional (2D) pseudo-homogeneous reactor model was developed to simulate the performance of fixedbed reactors for catalytic coupling reaction of carbon monoxide to diethyl oxalate. Reactor modeling was performed using a comprehensive numerical model consisting of two-dimensional coupled material and energy balance equations. A power law kinetic model was applied for simulating the catalytic coupling reaction with considering one main-reaction and two side-reactions. The validity of the reactor model was tested against the measured data from different-scale demonstration processes and satisfactory agreements between the model prediction and measured results were obtained. Furthermore, detailed numerical simulations were performed to investigate the effect of major operation parameters on the reactor behavior of fixed bed for catalytic coupling reaction of carbon monoxide to diethyl oxalate, and the result shows that the coolant temperature is the most sensitive parameter.
2. Simulated fixed-bed reactor and coupling reaction description
Since Li et al. (2004) and Xu et al. (2010) have experimentally investigated the coupling reaction of CO to DEO in a fixedbed reactor and obtained many experimental data regarding the reaction, the fixed-bed reactor described in their work (Li et al., 2004; Xu et al., 2010) is selected as our simulated object. Referring to Refs. Li et al. (2004), Xu et al. (2010), the selected reactor has an inner diameter of 0.027m and a length of 1.5m. More detailed information regarding the reactor configuration is provided in Fig. 1. In addition, as to the fixed-bed reactor, the flow field in the reactor is calculated using a two-dimensional axis-symmetrical geometry. On the other hand, as described earlier, the coupling reaction is the synthesis of DEO from CO and EN over supported metal catalyst (Pt/Al2O3) in the fixed-bed reactor. In the fixed-bed reactor, the spherical catalyst particles of the same size are filled in the reactor. The gaseous EN andCO are continuously fed into the reactor, and react over the solid catalyst particles to produce gaseous DEO and a spot of by-products. In addition, in general, the catalysts carrying palladium catalyst particles are porous. Therefore, in this study, the reacting system is considered as a gas–solid two-phase system and the solid phase consists of porous catalyst particles and the involved reaction steps are listed in Eqs. (1)–(3). Consequently, the following reactor model is developed.
چکیده
1-مقدمه
2-راکتور بستر ثابت شبیه سازی شده و توصیف واکنش جفت
3- توسعه مدل راکتور
3-1 فرضیات مدل راکتور
3-2 مدل سینتیک واکنش
3-3 مدل ریاضی راکتور
4- اجرای مدل و براورد پارامتر های مدل و داده های واقعی
5- نتایج و بحث
5.1 اعتبار سنجی مدل
5-2 توزیع میدان جریان
5-3 اثر پارامتر های عملیاتی اصلی
5-4 تحلیل واکنش
6-نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Simulated fixed-bed reactor and coupling reaction description
3. Development of reactor model
3.1. Reactor model assumptions
3.2. Reaction kinetic model
3.3. Reactor mathematical model
4. Model implementation and estimation of model parameters and actual data
5. Results and discussion
5.1. Model verification
5.2. Flow field distribution
5.3. The effects of main operation parameters
5.4. Reaction analysis
6. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه