مدل‌سازی CFD واکنش جفت شدن اکسایشی متان در مقیاس دانه‌ای: تعیین دمای بهینه

Abstract

دراین تحقیق واکنش جفت اکسایشی متان (OCM) در مقیاس دانه‌ای مدل‌سازی شده و رفتار دانه کاتالیست در راکتور بستر ثابت از دو دیدگاه آزمایشگاهی و عددی مورد بررسی قرارگرفته است. مدل‌سازی عددی دانه کاتالیست توسط نرم‌افزار FLUENT انجام شده و برای ارائه یک مدل جامع و دقیق، این نرم‌افزار به دو زیر برنامه متصل شده است. نقطه عطف این مدل‌سازی، اجرای موفق این دو زیر برنامه در نرم‌افزار می‌باشد که منجر به مزدوج قرار گرفتن واکنش و نفوذ در داخل دانه می‌شود. شرایط ورودی مدل منطبق بر شرایط آزمایشگاهی است. دانه کاتالیست با اندازه مش 8- 7 در داخل راکتور دیفرانسیلی بستر ثابت با قطر mm 12 در نظر گرفته شده و دماهای عملیاتی 1023، 1048 و K 1073 و ترکیب خوراک (نسبت مولی متان به اکیسژن) 2 اعمال شده است. کلیه آزمایشات در فشار اتمسفریک و GHSV ثابت برابر -1 h 12000 انجام گرفته است. با بررسی اثر دما بر رفتار کاتالیست در ترم های درصد تبدیل متان و گزینش‌پذیری و بازده C2، دمای بهینه در این محدوده عملیاتی برای کاتالیست تیتانیت پروسکایت K 1048 پیشنهاد شده است. دراین دما، کاتالیست بیشترین گزینش‌پذیری و راندمان برای محصولات مطلوب C2 را خواهد داشت. پروفایل دمایی در داخل دانه از دیگر نتایج این مدل‌سازی به شمار می‌آید. مقایسه نتایج مدل‌سازی و داده‌های تجربی تطابق نسبتاً خوبی را نشان می‌دهد.