مطالعه CFD فرآيند جذب سطحي با در نظر گرفتن نفوذ جرمي در ذره كروي

با پیشرفت روش‌های عددی و وجود ابزاری همچون دینامیك محاسباتی سیالاتی ،‌امكان شبیه سازی جذب سطحی اجزا شیمیایی درون ستون‌های پرشده از ذرات جامد بوجود آمده است. در این مقاله با استفاده از این ابزار روش جدیدی برای شبیه‌سازی حالت سه بعدی پدیده‌های انتقال (مومنتوم و جرم) و جذب فیزیكی در داخل یك ذره كاتالیست ارائه می‌شود. معادلات حاكم بر روی ذره ونیز معادلات انتقال جرم درون ذره همزمان با شرایط مرزی مناسب بر روی ذره كاتالیست در نرم‌افزار تجاری شبیه‌سازی شده‌اند. از یك (UDF ) برای تعیین شرایط مرزی بر روی دیواره ذره كاتالیست استفاده شده است. به این ترتیب در سطح مشترك سیال – جامد سرعت عمودی جزء جذب شونده از فلاكس ورودی به جامد محاسبه شده و مشكلات ناشی از شار جابجایی سطح مشترك ذره- سیال و همچنین ضرایب نفوذ مرتفع شده‌اند. نتایج نشان دهنده آن است كه از این مدل می‌توان برای شبیه‌سازی جذب سطحی بسترهای متخلخل استفاده كرد. مسیرهای سرعت و پروفیل‌های غلظت پیرامون ذره و نیز درون كاتالیست نشان دهنده آن است كه استفاده از مدل‌های معمول محیط متخلخل نمی‌تواند حل دقیقی از مسئله را ارائه دهد.

A new method is presented to couple the fluid flow in a fixed bed to the mass transfer and physical adsorption inside a catalyst particle, using computational fluid dynamics (CFD). To this end, in this paper, the momentum and mass transfer equations over a single sphere along with appropriate boundary conditions on the sphere and also mass transfer equation inside the particle is simulated simultaneously with commercial software .A user defined function (UDF) is used to determine the particle wall boundary conditions on the catalyst. Hence the normal velocity component on the fluid-solid interface is computed using mass flux across the solid boundary. The results show that this model can be used to simulate the adsorption for porous media. Path line velocities and concentration profiles show that commonly used models of porous media can not present an exact solution to the porous media problem due to their significant simplifications.