مدلسازی CFD تولید متانول

مدلسازی CFD تولید متانول – مدلسازی CFDاستفاده از یک میکروراکتور برای فرایند تولید متانول

CFD modeling of using a micro-reactor for methanol production process

کارشناسی ارشد
رشته: مهندسی شیمی – طراحی فرایند

دانشکده فنی و مهندسی

فایل PDF

کدفایل 043#

دریافت بخشی از فایل

Copy Text on Click

کد تخفیف ویژه 25 درصدی : 25OffAUT

چکیده

در این پژوهش مکانیزم تولید متانول بدون تغییر است. و تنها با تغییر در تعدادی از شرایط عملیاتی .(دما و فشار و…). تولید متانول در میکروکانال بررسی و مدل شده است و مدلسازی .CFD. میکروراکتور توسط نرم‌افزار .Gambit و .Fluent برای سنتز متانول در شرایط ناهمگن انجام شده است. متانول با استفاده از گاز سنتز بر روی کاتالیست جامد .(Cu/ZnO/Al2O3). پوشش داده شده در سطح دیواره تولید می‌شود.

طراحی آزمایش‌ها با استفاده از روش مرکب مرکزی .(CCD). و نرم‌افزار .Design Expert. انجام شد. فاکتورهای دما، فشار.، طول و شعاع راکتور و در نهایت نسبت گاز سنتز ورودی در مدلسازی در نظر گرفته شده است. به جز نسبت گاز سنتز سایر پارامترها به صورت کمی بررسی شد. شرایط بهینه عملیاتی فشار .90 بار، دمای 65/489 کلوین، طول میکروراکتور برابر با cm 25.، شعاع میکروراکتور برابر با .mm 5/1 بود. مقدار بالاتر هیدروژن در گاز سنتز.، بازده متانول بالاتری داشت. در این شرایط بیشینه مقدار متانول برابر با .04/59% تولید شد.

فهرست

مدلسازی CFD تولید متانول – فصل اول: مقدمه

۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- میکروراکتور ۳
۱-۳- دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ۴
۱-۴- هدف از پژوهش حاضر ۶

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

۲-۱- مقدمه ۹
۲-۲-پیشینه تحقیق ۹
۲-۳- فرآیندهای تولید متانول ۱۱
۲-۳-۱- خواص متانول: ۱۲
۲-۴- میزان تولید متانول در جهان و ایران ۱۳
۲-۵- کاتالیست های صنعتی ۱۴
۲-۶- انواع کاتالیست در آزمایشگاه ۱۸
۲-۶-۱- Cu/ZnO/Al۲O۳ ۱۸
۲-۶-۱-۱- تاثیر دمای کلسیناسیون بر روی کاتالیست ۱۸
۲-۶-۱-۲- تاثیر دمای احیا بر روی کاتالیست ۲۰
۲-۶-۱-۳- تاثیر میزان مس بر روی کاتالیست ۲۱
۲-۶-۱-۴- تاثیر نسبت Zn/Cu بر روی کاتالیست ۲۲
۲-۶-۱-۵-غیر فعال شدن کاتالیست ۲۲
۲-۷- پوشش دهی کاتالیست روی دیواره میکروراکتور ۲۴
۲-۷-۱- استفاده از کاتالیست های ساختاری ۲۴
۲-۷-۲- پوشش کاتالیست بر روی پایه های فلزی و غیر فلزی ۲۵
۲-۷-۲-۱-پوشش دهی خارج از محل……………………………………………………………………………………………………… ۲۶
۲-۷-۲-۲- پوشش دهی در محل………………………………………………………………………………………………………………. ۲۸
۲-۷-۳- ساخت زیر لایه به کمک اکستروژن ۲۹
۲-۷-۴- تجهیزات لازم در روش اکستروژن ۳۰
۲-۷-۵- ترکیب خمیر و افزودنی ها ۳۲
۲-۸- تاریخچه و خصوصیات میکروکانال ها ۳۴
۲-۸-۱- کاربرد میکروکانال‌ها ۳۴
۲-۹- مدلسازیهای مشابه ۳۶
۲-۹-۱- خلاء موجود در پژوهشهای انجام گرفته ۳۹
۲-۱۰- خلاصه فصل ۴۰

فصل سوم: مدلسازی

۳-۱-مقدمه ۴۲
۳-۲-اساس و پیشنیاز مدلسازی ۴۲
۳-۳-سینیک و مکانیسم واکنش ۴۴
۳-۴-مراحل حل یک مسئله در مدلسازی CFD ۵۰
۳-۴-۱-معرفی نرم افزار GAMBIT و FLUENT ۵۰
۳-۵-یک برنامه CFD چگونه عمل میکند؟ ۵۲
۳-۵-۱-تفاضل محدود، عناصر محدود، روش های طیفی ۵۲
۳-۵-۱-۱- روش حجم محدود ۵۲
۳-۵-۲-حل معادلات جبری با استفاده از یک روش تکرار ۵۳
۳-۵-۲-۱-توضیح سازگاری و پایداری ۵۳
۳-۵-۳-مراحل کاری تمام برنامه های CFD از جمله FLUENT ۵۴
۳-۵-۳-۱-تعریف هندسه ۵۴
۳-۵-۳-۲-شبکه بندی(مشبندی)……………… ۵۴
۳-۵-۴-معرفی انواع سلول های محاسباتی با شکل های مختلف ۵۵
۳-۵-۵-بررسی شرایط سیستم ۵۶
۳-۵-۵-۱-شرایط مرزی و اولیهی سیستم ۵۶
۳-۶-طراحی آزمایش ها ۶۱
۳-۶-۱-روش سطح پاسخ (RSM) ۶۱
۳-۶-۲- استفاده از روش سطح پاسخ جهت طراحی آزمایش ۶۳
۳-۶-۲-۱- مراحل روش سطح پاسخ به عنوان یک تکنیک بهینه سازی ۶۳
۳-۷- روش سطح پاسخ به عنوان یک فرآیند متوالی ۶۴
۳-۸- اجرای طراحی آزمایش ها ۶۶
۳-۹- خلاصه فصل ۶۸

فصل چهارم: بحث و بررسی نتایج

۴-۱-مقدمه ۷۰
۴-۲-تحلیل نتایج توسط نرم افزار Design Expert ۷۰
۴-۳-بررسی نتایج مدلسازی ۷۳
۴-۴-کانتورها و نمودارهای حاصل ازمدلسازی ۷۴
۴-۴-۱- اثر متغیر های فرآیندی بر روی تولید متانول ۷۷
۴-۴-۱-۱-دما………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۷۷
۴-۴-۱-۲-فشار…………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۷۸
۴-۴-۱-۳-سرعت جریان ۷۹
۴-۴-۱-۴-غلظت H۲/CO/CO۲ ( نسبت گاز سنتز) در یک چرخه ۷۹
۴-۴-۱-۵-راکتور……………………………………………………………………………………………………………………………………. ۸۰
۴-۴-۱-۶-روشهای دیگر تولید متانول ۸۱
۴-۵-بهینه سازی ۸۱
۴-۶-خلاصه فصل ۸۲