Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Masoud Panepour,Mohsen DavazdahEmami
محمود مراتيان اصفهاني (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما) محسن دوازده امامي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Elham Raiesie
الهام رئيسي نافچي

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
چکيده در فوم هاي کاتاليستي جريان سيال با واکنش شيميايي همراه مي شود به طوريکه مي تواند پديده هايي نظير نفوذ پذيري، انتقال جرم و انتقال حرارت را به طور قابل ملاحظه اي تحت تأثير قرار دهد. لذا در اين پژوهش اثر واکنش جذب شيميايي گاز آمونياک بر سطح کاتاليست Cu-ZSM-5 همراه با گاز کامل آرگون بر جريان سيال و انتقال جرم در سرعت هاي مختلف جريان سيال در شرايط ناپايا و پايا مورد بررسي قرار گرفته است. به اين منظور ابتدا جريان سيال با ترکيب ورودي 4/0 کسر جرمي آمونياک و 6/0 کسر جرمي آرگون تحت شرايط ايزوترم در دماي محيط در فوم هايي با قطر 500-100ميکرون و با تخلخل 96-76 درصد با استفاده از ديناميک سيالات محاسباتي و به روش حجم محدود مورد شبيه سازي قرارگرفت. لازم به ذکر است در اين تحقيق از تغييرات آنتالپي واکنش جذب شيميايي صرف نظر شده است. پژوهش در دو بخش انتقال جرم به روش جابجايي بدون انجام هرگونه واکنش شيميايي و هراه با انجام واکنش جذب شيميايي بر سطح کاتاليست انجام و نتايج حاصل مقايسه شد. نتايج حاصل از پژوهش مؤيد اين نکته بود که در حالت جابجايي بدون انجام واکنش سيال سرعت جريان سيال معادل با ضريب انتقال جرم است. در چنين شرايطي پارامترهاي مؤثر بر سرعت سيال همانند توزيع تخلخل، در واقع بر ضريب انتقال جرم مؤثر هستند. اما بخش دوم مربوط به شرايطي مي شود که واکنش جذب در محيط متخلخل انجام شود. در اين مرحله گراديان فشار و سرعت موضعي سيال متأثر از تغييرات غلظت در فوم بوده است، به طوري که با افزايش انجام واکنش گراديان فشار، کاهش بيشتري يافته است. با محاسبه ي ضريب انتقال جرم در فوم هاي با هندسه و شرايط ورودي متفاوت مشخص شد که اين ضريب نه تنها وابسته به سرعت جريان سيال، توزيع تخلخل و سطح ويژه بوده بلکه وابسته به تعداد سايت هاي فعال موجود در سطح کاتاليست و پارامترهاي سينتيکي واکنش جذب نيز مي باشد. در نهايت نتايج حاصل از محاسبه ي عدد شروود در فوم هايي با هندسه هاي مختلف و مقايسه ي آن ها با اعداد شروود ارائه شده توسط ديگر محققين نشان مي دهد که از تطابق قابل قبولي برخوردار است. اما با توجه به شاخص عملکرد کاتاليست ها در فوم هاي کاتاليستي مختلف مشخص شد فوم هاي داراي تخلخل بيشتر نسبت به ديگر هندسه ها درکاربردهايي همچون بسترهاي کاتاليستي شاخص بالاتري را به دست مي آورند. کلمات کليدي: محيط متخلخل، شبيه سازي، ديناميک سيالات محاسباتي، واکنش شيميايي، ضريب انتقال جرم، کاتاليست

ارتقاء امنیت وب با وف بومی