عنوان پایان‌نامه
بررسی و مدل سازی ریاضی فرآیند فیشر-تروپش در رآکتور های حبابی-دوغابی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- فرآیندهای کاغذسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 707;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 36795
- تاریخ دفاع
- ۰۴ دی ۱۳۸۶
- دانشجو
- نسیم هوشیار
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- نیاز روز افزون بشر به سوخت از یک سو و کاهش ذخایر نفت از سوی دیگر زمینه ساز توجه بسیار به منابع گاز طبیعی و لزوم استفاده از روش های تبدیل سوخت گازی شکل به سوخت مایع به دلیل فاصله بین منابع انرژی و مصرف کننده شده است. فرایند تبدیل گاز به مایع که سنتز فیشر- تروپش نوعی بسیار معروف و متداول از آن است، در راکتورهایی که سه فاز گاز/مایع/جامد در کنار هم حضور دارند، اتفاق می افتد. از میان راکتورهایی از این نوع، ستون های حبابی دوغابی با داشتن ویژگی هایی چون کنترل دمائی آسان و هزینه ساخت و نگهداری پائین بسیار مورد توجه می باشند. شناخت پارامتر های هیدرودینامیکی، انتقال جرم و انتقال حرارت و اطلاع دقیق از واکنش های صورت گرفته و سینتیک آنها، در چنین فرایندهایی، پیش نیاز مدلسازی، شبیه سازی و بزرگ سازی راکتورهای سه فازی هستند. آن چه در این مجموعه پژوهشی پیش رو ست، بررسی های هیدرودینامیکی و سینتیکی سنتز فیشر- تروپش ، شناخت ویژگی های یک راکتور حبابی دوغابی و ارائه مدل ریاضی فرایند در راکتورهای حبابی دوغابی در شرایط پایا و ناپایا و در نهایت بررسی توزیع محصولات در چنین راکتورهایی می باشد. اهمیت ارائه مدل در شرایط ناپایا، با وجود آن که شرایط پایا در چنین راکتورهایی از نظر زمانی بسیار سریع حاکم می شود، اطلاع از وضعیت راکتور در زمان آغاز به کار یا توقف فرایند می باشد. در این پژوهش فرایند فیشر- تروپش در حضور دو نوع کاتالیست کبالت و آهن با توجه به واکنشها و معادلات سینتیکی استخراج شده از مراجع مدلسازی شده و نتایج با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته اند. در مدل حاضر کاتالیست کبالت درصد تبدیل بالاتری را در طول راکتور نشان داده است. رژیم جریان مورد بررسی در هر دو مورد غیر همگن و آشفته بوده است که با شرایط صنعتی منطبق است. مدل حاضر می تواند تغییرات غلظت اجزای گاز سنتز را در حبابهای ریز و درشت فاز گازی و در فاز مایع، در طول بستر نشان دهد. نتایج حاصل از مدل حاضر با مدل کریشنا و همکاران مورد مقایسه قرار گرفته که از دقت مناسبی برخوردار بوده است. در بخش نهائی این پژوهش به منظور به دست آوردن توزیع محصولات مدل حاضر با مدل سینتیکی توزیع محصول فرناندز مرتبط و نتایج حاصل در نهایت با نتایج حاصل از آزمایشات توزیع محصولات در مراجع مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل و آزمایش برای توزیع محصولات نیز از دقت خوبی برخوردار است.
- Abstract
- Increasing need of humankind to energy or fuel and decreasing rate of oil reservoir cause lots of attentions to natural gas resources. It makes human to find a new way for converting gaseous fuels to liquid ones because of growing rate of consumption in comparison with production. Fisher-Tropsch synthesis that converts gas to liquid is one of current gas to liquid processes. Three phase catalytic reactors in which gas, liquid and solid take part in reaction are used in this process. Slurry column reactors are very suitable for Fisher-Tropsch synthesis. They have very good performance because of good temperature control, low construction and low repair and maintenance cost. For modeling, simulating and scale up of these kinds of reactors some parameters like hydrodynamic, mass and heat transfer and kinetics mechanism are needed. In this thesis, investigation of hydrodynamic and kinetics for Fisher-Tropsch synthesis, knowledge of slurry bubble column reactors in steady state and unsteady state conditions and product distribution are considered. In spite of this point that approaching to steady state conditions takes short time, modeling in unsteady state conditions is very important because it helps us to know reactor situation in start-up time of process. Two most important points are being informed about hydrodynamic responses in different times and different points in industrial size reactors in turbulent and heterogeneous flow. In this thesis Fisher-Tropsch process with Cobalt and Iron catalysts have been modeled and compared with each other. In this work, Cobalt catalyst showed higher conversion than Fe catalyst. Flow regime like industrial situations was turbulent and heterogenic in both cases. This model shows concentration of synthesis gas in large and small bubbles in both liquid and gaseous phases versus the length of reactor. Consequences of this model in comparison with Krishna and his coworkers model have good preciseness. Finally, in this research Fernandes Model was used to obtain product distribution and then results were compared with the other experiments in some references. Results of modeling and products distribution showed a good agreement with the experiments.
