Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Masoud Panepour,Mohsen DavazdahEmami
محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Elham Raiesie
الهام رئیسی نافچی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Simulation of chemical reaction effects on the mass transfer in porous media
Fluid flow in catalytic foams accompanies with chemical reaction. so that it can considerably affect phenomena such as permeability, mass transfer, and heat transfer. Hence In the present study, the effect of chemical adsorption reaction of ammonia gas on the Cu-ZSM-5 catalyst with perfect argon gas on fluid flow and mass transfer has been investigated at different velocities of fluid in unsteady and steady states. For this purpose, the fluid flow with inlet composition containing ammonia and argon mass fraction of 0.4 and 0.6, respectively, in isotherm conditions at ambient temperature in foams with various diameter of pores 500-100 micrometer and various porosity of 96-76% was measured by computational fluid dynamics method and Simulated with finite volume method. It should be noted that the enthalpy variations of the chemical adsorption reaction are ignored in this research. The research was carried out in two parts of the mass transfer without any chemical reaction and with chemical adsorption reaction on the catalyst surface and the results were also compared. The results of the project confirms that in the condition without reaction, the fluid flow velocity is equivalent to the mass transfer coefficient. In these states, effective parameters on the velocity of fluid such as porosity distribution actually affect the mass transfer coefficient .The second part is related to the state in which adsorption reaction in catalyst foam is done. In this state, the pressure gradient and local velocity of the fluid were influenced by the changes in the concentration of foam. So that, the more the reaction improves, the more the pressure gradient decreases. Measuring the coefficient of mass transfer in foams with different geometries and inlet conditions, it was determined that this coefficient depends not only on the velocity of fluid flow, distribution of porosities and specific area, but also on active site numbers of catalyst surface and kinetic parameters of adsorption reaction. Finally, the conclusions resulted from calculating the Sherwood number in the foams with different geometries and comparing them with the Sherwood numbers provided by other researchers show a good matching. but, according to the performance index of the catalysts in different catalytic foams, it was found that foams with a higher porosity than other geometries get a higher index in applications such as catalytic beds. Keywords: Porous media, Simulation, Computational Fluid Dynamics, chemical reaction, Mass Transfere Coefficient, Catalyst
در فوم های کاتالیستی جریان سیال با واکنش شیمیایی همراه می شود به طوریکه می تواند پدیده هایی نظیر نفوذ پذیری، انتقال جرم و انتقال حرارت را به طور قابل ملاحظه ای تحت تأثیر قرار دهد. لذا در این پژوهش اثر واکنش جذب شیمیایی گاز آمونیاک بر سطح کاتالیست Cu-ZSM-5 همراه با گاز کامل آرگون بر جریان سیال و انتقال جرم در سرعت های مختلف جریان سیال در شرایط ناپایا و پایا مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا جریان سیال با ترکیب ورودی 4/0 کسر جرمی آمونیاک و 6/0 کسر جرمی آرگون تحت شرایط ایزوترم در دمای محیط در فوم هایی با قطر 500-100میکرون و با تخلخل 96-76 درصد با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و به روش حجم محدود مورد شبیه سازی قرارگرفت. لازم به ذکر است در این تحقیق از تغییرات آنتالپی واکنش جذب شیمیایی صرف نظر شده است. پژوهش در دو بخش انتقال جرم به روش جابجایی بدون انجام هرگونه واکنش شیمیایی و هراه با انجام واکنش جذب شیمیایی بر سطح کاتالیست انجام و نتایج حاصل مقایسه شد. نتایج حاصل از پژوهش مؤید این نکته بود که در حالت جابجایی بدون انجام واکنش سیال سرعت جریان سیال معادل با ضریب انتقال جرم است. در چنین شرایطی پارامترهای مؤثر بر سرعت سیال همانند توزیع تخلخل، در واقع بر ضریب انتقال جرم مؤثر هستند. اما بخش دوم مربوط به شرایطی می شود که واکنش جذب در محیط متخلخل انجام شود. در این مرحله گرادیان فشار و سرعت موضعی سیال متأثر از تغییرات غلظت در فوم بوده است، به طوری که با افزایش انجام واکنش گرادیان فشار، کاهش بیشتری یافته است. با محاسبه ی ضریب انتقال جرم در فوم های با هندسه و شرایط ورودی متفاوت مشخص شد که این ضریب نه تنها وابسته به سرعت جریان سیال، توزیع تخلخل و سطح ویژه بوده بلکه وابسته به تعداد سایت های فعال موجود در سطح کاتالیست و پارامترهای سینتیکی واکنش جذب نیز می باشد. در نهایت نتایج حاصل از محاسبه ی عدد شروود در فوم هایی با هندسه های مختلف و مقایسه ی آن ها با اعداد شروود ارائه شده توسط دیگر محققین نشان می دهد که از تطابق قابل قبولی برخوردار است. اما با توجه به شاخص عملکرد کاتالیست ها در فوم های کاتالیستی مختلف مشخص شد فوم های دارای تخلخل بیشتر نسبت به دیگر هندسه ها درکاربردهایی همچون بسترهای کاتالیستی شاخص بالاتری را به دست می آورند. کلمات کلیدی: محیط متخلخل، شبیه سازی، دینامیک سیالات محاسباتی، واکنش شیمیایی، ضریب انتقال جرم، کاتالیست

ارتقاء امنیت وب با وف بومی