مدل سازي CFD واكنش و انتقال جرم در دانه كاتاليست: جفت شدن اكسايشي متان

در این تحقیق، مدل سازی عددی جریان توام با واكنش جفت اكسایشی متان از داخل دانه كاتالیست متخلخل مورد بررسی واقع شده است. در واقع هدف از این تحقیق، بررسی رفتار دانه كاتالیست در واكنش جفت شدن اكسایشی متان از دو دیدگاه آزمایشگاهی و مدل سازی CFDمی باشد. ابتدا رفتار دانه كاتالیست تیتانیت پروسكایت را توسط حل عددی و بدست آوردن پروفایل های اجزای واكنشی مورد بررسی قرار می دهیم. سپس اعتبار داده های خروجی از مدل را در تطابق با داده های خروجی از مدل مورد ارزیابی قرار می دهیم. در این مدل سازی اجرای موفق زیر برنامه خارجی(UDF) توسط زبان برنامه نویسی visual studio C++به عنوان مدل سینتیكی واكنش OCM در معادلات جرم و همچنین كوپل كردن آنها در نرم افزار FLUENT به عنوان یك نقطه عطف در این مدل سازی به شمار می آید. در شرایط ورودی مدل، دانه كاتالیست تیتانیت پروسكایت (BaSnTiO3) با اندازه مش 20- 18 در داخل راكتور دیفرانسیلی بستر ثابت با قطر 12 میلی متر در نظر گرفته شده و دمای عملیاتی K1048، تركیب خوراك (متان به اكسیژن) 2، اعمال شده است.

In this study a mathematical model of a small scale single-pellet for the oxidative coupling of methane (OCM) over titanite pervoskite is developed. The steady state single pellet model is coupled with a kinetic model and intra-pellet concentration profiles of species are provided. Subsequent to achieving this goal, a nonlinear reaction network consisting of nine catalytic reaction rates and one gas phase reaction rate as an external program known as user defined function (UDF) has been successfully implemented to CFD-code as a reaction term in solving the equations. This study is based on the experimental design which is conducted in a differential reactor with a Sn/BaTiO3 catalyst (mesh 7-8) at atmospheric pressure, T=1048 K, GHSV 12000h-1 and methane to oxygen ratio of 2 .The modeling results at the pellet exit has a good agreement with the experimental data