شبیه سازی راکتور بستر ثابت تولید اولفین های سبک به روش سنتز فیشر- تروپش با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

در این تحقیق هیدرودینامیک، انتقال حرارت و واکنش شیمیایی در راکتور بستر ثابت استفاده شده در فرآیند سنتز فیشر- تروپش با نسبت قطر لوله به قطر ذره (n) برابر 6/4 با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) بررسی شدند. برای اولین بار هندسه راکتور در این فرآیند با استفاده از روش پرکن گسسته (dpm) مدل شد. شبیه سازی های cfd در گستره وسیعی از عدد رینولدز، 79/611-85/3، در رژیم جریان آرام و آشفته با استفاده از نرم افزار تجاری cfd انجام شدند. در رژیم جریان آشفته از مدل آشفتگی rng k-? استفاده شد. اثرات سیال در ورودی راکتور مورد بررسی قرار گرفتند. مشخص شد، با در نظر گرفتن فاصله بستر ثابت از ابتدا و انتهای راکتور برابر 75/0 سانتیمتر جریان در ابتدای راکتور توسعه یافته می شود. نتایج cfd هیدرودینامیک و انتقال حرارت با روابط تجربی موجود در مراجع مقایسه شدند. مقادیر افت فشار پیش بینی شده در رژیم جریان آرام بدلیل اثرات دیوار بیشتر از رابطه ergun و در رژیم جریان آشفته بدلیل راه گزینی جریان در بستر کمتر از رابطه ergun تخمین زده شدند. نتایج cfd افت فشار همخوانی خوب با روابط zhavoronkov و همکارانش و reichelt نشان دادند. زیرا اثرات دیوار در این روابط در نظر گرفته شده است. مقادیر ضریب انتقال حرارت بی بعد با چند رابطه تجربی مقایسه شدند. مشاهده شد که ضریب انتقال حرارت بی بعد پیش بینی شده همخوانی بهتر با رابطه dixon و labua نشان می دهد. زیرا این رابطه تابعی از اندازه و شکل ذرات درون بستر می باشد. برای بررسی واکنش شیمیایی درون راکتور، یک مدل سینتیکی بر اساس قانون توانی برای تولید اولفین های سبک به روش سنتز فیشر- تروپش روی کاتالیست کبالت بیان شد. شبیه سازی های cfd واکنش شیمیایی با این مدل انجام شدند. اثرات دمای واکنش، شدت جریان جرمی خوراک و نسبت هیدروژن به منوکسید کربن(h2/co) روی تبدیل منوکسید کربن و گزینش پذیری محصولات در گستره دمایی k 15/523-15/463، شدت جریان جرمی kg/s 6-10×5/6-6-10×9/1 و نسبت 3-1 h2/co = بررسی شدند. همچنین کسر جرمی محصولات در نسبت های مختلف h2/co با استفاده از مدل cfd پیش بینی شدند. مشاهده شد که تبدیل منوکسید کربن با افزایش دما افزایش یافت در حالیکه با افزایش شدت جریان جرمی خوراک کاهش یافت. همچنین گزینش پذیری و کسر جرمی محصولات با افزایش دما و نسبت h2/co افزایش یافتند. با توجه به نتایج ارائه شده مشاهده شد که با افزایش مقدار هیدروژن به 6/0 و کاهش مقدار منوکسید کربن به 13/0 در دمای k 15/523 و شدت جریان جرمی kg/s 6-10 × 9/1 مقدار اولفین های سبک، اتیلن و پروپیلن، حداکثر مقدار را خواهند داشت.