Skip to main content
SUPERVISOR
Kayghobad Shams
کیقباد شمس اسحاقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Fayazbakhsh
علی فیاض بخش

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Dynamic Adsorption and Desorption of Chemical Reaction and Mass Transfer Resistance in Packed-Beds of Inert Core /Hollow/Shell Core Monodisperse Spherical Particles: an Analytical Solution
Packed-bed reactors are widely used in the gas, oil, and petrochemical industries, particularly for solid-catalyzed heterogeneous reactions in which the packing serves as the catalyst. Fixed-bed absorbers/desorbers are also ubiquitous within various process industries where because of physicochemical limitations traditional separation operations such as distillation, solvent extraction, crystallization, evaporation, etc. are not applicable. For detailed mathematical treatment of these systems, it is a matter of common practice to consider a bed of monodisperse spherical particles and write unsteady-state mole balances on both the flowing and the stationary phases and in compliance of the physics of the system impose various simplifying assumptions. This leads to a system of coupledevolution partial differential equations (PDEs) that must be solved by analytical/approximation/numerical methods depending on the degree of tractability of the coupled PDE's at hand. In the last decade, fabrication of inert core/core-shell/hollow spherical particles in various sizes from different materials has proved to be of intense interest. The motivations for fabrication of the aforementioned particles are their potential utilization in a wide variety of applications such as drug delivery, cosmetics, dyes and inks, acoustic insulation, in the development of piezoelectric transducers, drug encapsulation, ultrasound imaging, chromatography, catalysts, fillers, coatings, adsorptive filters, and photonic band gap materials. Hollow/inert core spherical particles may demonstrate properties that are remarkably different from those of the core particles. It is established that the structure, composition, and size of these particles can be tuned to tailor their optical, electrical, thermal, mechanical, electro-optical, magnetic, and catalytic properties. Hollow/shell particles demonstrate lower density, higher specific surface area, and particular optical properties. To the best of our knowledge, there is no experimental data regarding reactive sorption in packed beds of inert core/shell core/hollow spherical particles that can allow simultaneous consideration/integration of these processes, and mathematical modeling of such systems are scarce and is limited to the use of numerical methods and simulations. In this research, the transient behavior of reactive-diffusive fixed-bed packed with inert core/shell core/hollow/thin film coated monodisperse spherical rigid particles is investigated. We modeled the reactive desorption system with linear mass exchange law between the flowing and the stationary phases. The coupled governing partial differential equations were integrated analytically using Laplace transformations. The analytical closed form solution involves two infinite integrals. The closed form solution was integrated using an adaptive integration method and the breakthrough curves of the system were studied under the influence of the system parameters. The limiting cases are discussed, a simple error function type closed form asymptotic solution for fixed-bed desorbers with monodisperse spherical particles is obtained, and results are generalized for similar kinetics of reactive fixed-bed systems for diffusion/absorption into the inert core monodisperse sphericalpacking. Effect of mass transfer resistance is also investigated. Keywords : Packed-bed; Inert core spherical packing; Reactive-desorption; Reactive-absorption; Reactive-diffusion; effectivesurface film resistance; Reactive-diffusion, Hollow sphere
اطلاع از رفتار پویایی برج ها و راکتور های شیمیایی بستر ثابت از اهمیت فراوانی در طراحی, کنترل, راه اندازی و متوقف ساختن آنها برخوردار است.رفتار پویایی واجذبی بستر های ثابت پر شده از جاذب های کروی پوسته ای به وسیله یک جریان یکنواخت همراه با واکنش با همدمای خطی بررسی شده است. رفتار پویایی واجذبی برای فاز سیال و نفوذ از درون جامد ساکن به سمت فاز سیال با همدمای خطی واکنش شیمیایی مرتبه اول و مدل ساده شبه تعادلی برای یک سیستم کاتالیستی با مقاومت انتقال جرم در فاز ساکن نتیجه گرفت. رابطه سینتیکی و پارامتر های جذب در حل تحلیلی مدل مربوطه از قانون هنری تعیین می شود. سپس معادله های حاصل با بکارگیری روش های تحلیلی حل می شوند و منحنی های اشباع شده برای پارامتر های سیستم به وسیله انتگرال عددی تعیین می شود.نتایج به صورت پویایی یک سیستم بستر ثابت برای نفوذ جامد به داخل ذرات کروی بسط داده می شود. ارزش ثابت جذب ظاهری به خصوصیات متفاوت سیستم و شرایط آزمایشگاهی، نظیر مدول تیلی [1] ، اثر هایی از فیلم مایع (مقاومت انتقال جرم) مقدار کاتالیست و زمان تماس بستگی دارد. اثر افزایش واکنش و اثر مقاومت انتقال جرم روی مقدار واجذبی از ذرات مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصل نشان می دهد که وجود واکنش مصرف کنندة جزء جذب شده روی ذرات جامد, میزان واجذبی را افزایش داده و زمان واجذبی مقدار معینی از مقدار جذب شده را کاهش می دهد.در حالت مقاومت انتقال جرم مصرف کنندة جزء جذب شده روی ذرات جامد، میزان واجذبی را کاهش می دهد و زمان واجذبی مقدار معینی از مقدار جذب شده نسبت به حالتی که از مقاومت انتقال جرم صرف نظر کردیم افزایش می یابد. کلمات کلیدی: 1- واجذبی 2-جذب 3-بسترثابت 4-کره های پوسته ای 5-واکنش 6- مقاومت انتقال جرم 7-فیل 1Thiele modulus

ارتقاء امنیت وب با وف بومی