Skip to main content
SUPERVISOR
S.Mohammad Ghoreshi
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyyed Mehdi Shariatmadar Mortazavi Zavareh
سیدمهدی شریعتمدارمرتضوی زواره

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1383

TITLE

Mathematical Modeling of Phenol Oxidation Reactor In Supercritical Water
Supercritical fluids have specified characteristics which make them an appropriate media for chemical reactions. To carry out chemical reactions in supercritical conditions, achieves specific advantages such as changes in reaction media (solubility behavior) with pressure, increase in solubility of reactants and products omission of mass transfer restrictions in single phase and superposition of reaction and separation units. In this thesis an appropriate mathematical model was used for the phenol oxidation in supercritical water and the reactor was simulated in order to avoid experiments in new operating conditions. For this purpose the characteristic of supercritical water as a reaction media was investigated. For model extension, supercritical oxidation of phenol with and without catalyst was studied. Considering the fact that in the experimental investigation up to now and ideal tubular steady state reactors have been used therefore the same kind of reactor was assumed in the mathematical modeling of this study. To investigate the authenticity of the mathematical model the experimental data for the oxidation phenol at supercritical condition was compare with the theoretical results of this research. Base on this comparison among the noncatalytic mechanism the network model by "Goppalan Savage" was very close to the model data. The deviation for the variable of phenol conversion percentage was about 5% . the experimental results for the phenol conversion in the catalytic supercritical oxidation using CuO/Al 2 O 3 compare with the modeling data and 2% deviation was observed, Which shows that the mathematical model for catalytic reactor with respect to the noncatalytic reactor model is closer to the real condition. Using the power low reaction rate in the mathematical model predicted much closer data compare to other rates such as "Lungmuir-Hinshelwood-Hougon-Watson". In the noncatalytic supercritical oxidation, reaction between reactants is the slow and controlling step. Mean will in the catalytic supercritical oxidation, adsorption on the active sites is obvious and for this reason "Langmuir-Hinshelwood" equations were used in the mathematical model. It is imperative to realize that only for very high active catalyst, pore diffusion resistance is the controlling step and it was proved that "CARULITE 150" catalyst has this mass transfer property. Comparison between supercritical oxidation modeling data with subcritical oxidation modeling data indicates that supercritical oxidation with respect to subcritical oxidation has higher conversion percentage, less byproducts, noncomplicated network models and much better fit with the obtain experimental data. Therefore it is concluded that the developed mathematical model in this research is viable method for predicting real experimental data and the model's prediction is well within the experimental data and accuracy.
سیالات فوق‌بحرانی دارای خواصی هستند که استفاده از آنها به عنوان محیطی برای انجام واکنش‌های شیمیایی مورد توجه است. انجام واکنش‌های شیمیایی در شرایط فوق‌بحرانی موجب حصول مواردی از قبیل تغییر محیط واکنش (خواص حلال) توسط تنظیم فشار, بالا بردن قابلیت حلالیت واکنش‌دهنده‌ها و محصولات, حذف محدودیت‌های انتقال جرم بین فازی روی سرعت واکنش و ادغام دو واحد عملیاتی واکنش و جداسازی می‌شود. در این رساله, سعی شده تا با ارائه‌ی یک مدل ریاضی مناسب برای رآکتور، عمل اکسیداسیون فنول در آب فوق‌بحرانی شبیه‌سازی شده و از این طریق نیاز به انجام آزمایش در شرایط جدید مرتفع شود. به همین منظور، خصوصیات آب فوق‌بحرانی به عنوان محیط انجام واکنش و کلیات انجام واکنش‌ها در شرایط فوق‌بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تأمیم مدل ارائه شده، اکسیداسیون فوق‌بحرانی فنول در شرایط کاتالیستی و غیرکاتالیستی در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه آزمایش‌های صورت پذیرفته تا کنون همگی در رآکتورهای پیوسته‌ی لوله‌ای ایده‌آل انجام گرفته است، در مدل ارائه شده نیز همین شرایط در نظر گرفته شده و به منظور تعیین اعتبار مدل مزبور، نتایج پیش‌بینی شده‌ی آن با مقادیر آزمایشگاهی تطبیق داده شده است. بر اساس این تطبیق، در بین مدل‌های غیر کاتالیستی که شامل واکنش‌های شبکه‌ای می‌باشند, مدل شبکه‌ای "گوپالان و سویج" نسبت به سایر مدل‌های هم‌نوع دارای تطابق بیشتری بر داده‌های آزمایشگاهی می‌باشد. میزان خطا برای درصد تبدیل فنول در حدود %5 می‌باشد. در بین واکنش‌های کاتالیستی، تحت شرایط انتخاب متنوع کاتالیست، مدل ارائه شده برای رآکتور بررسی شده که در جریان این امر در بین کاتالیست‌های تجاری و متداول در صنعت، CuO/Al 2 O 3 نسبت به سایر کاتالیست‌ها از کارآیی بالاتری برخوردار است. میزان خطا برای درصد تبدیل فنول در شرایط کاتالیستی در حدود %2 است، که این امر خود بیانگر این است که مدل ریاضی برای رآکتورهای کاتالیستی نسبت به مدل ریاضی برای رآکتورهای غیرکاتالیستی به مقادیر حقیقی نزدیکتر است. در بین معادلات سرعت لحاظ شده در مدل ریاضی, معادله‌ی سرعت توانی, بیش از انواع دیگر معادلات سرعت از قبیل "لانگ‌موئیر- هینشل‌وود" و "مارس ون- کرولن" به نتایج آزمایشگاهی نزدیک‌تر است. به طور عمده در اکسیداسیون فوق‌بحرانی, واکنش بین مواد اولیه کنترل‌کننده‌ی سرعت واکنش می‌باشد. در عین حال در واکنش‌های کاتالیستی یک نوع جذب رقابتی بر سطح کاتالیست مشهود است که برای این حالت معادلات "لانگ‌موئیر- هینشل‌وود" در مدل ریاضی وارد شده‌اند. تنها در حالتی که فعالیت کاتالیست خیلی بالا باشد, نفوذ به درون منافذ کاتالیست کنترل‌کننده‌ی سرعت واکنش است. اثبات می‌شود که کاتالیست CARULITE 150 دارای چنین ویژگی‌ای است. مقایسه‌ی نتایج مدل اکسیداسیون فوق‌بحرانی با نتایج آزمایشات به‌دست آمده در شرایط غیر بحرانی نشان می‌دهد که اکسیداسیون فوق‌بحرانی نسبت به اکسیداسیون غیر بحرانی دارای درصد تبدیل بالاتر, تنوع کمتر محصولات جانبی, مدل‌های شبکه‌ای مختصرتر و تطبیق بهتر با داده‌های آزمایشگاهی می‌باشد. با توجه به نتایج فوق‌الذکر نتیجه‌گیری می‌شود که مدل ریاضی تدوین شده در این تحقیق برای پیش‌بینی نتایج واقعی آزمایشگاهی قابل اطمینان بوده و پیش‌بینی مدل به خوبی در چارچوب مقادیر آزمایشگاهی و دقت عمل آن قرار می‌گیرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی