مدل سازي واكنش گاز-جامد غير كاتاليستي در بستر ثابت با مدل دانه اي

Modeling noncatalytic gas-solid reaction on the fixed-bed by grain model

واكنش گاز-جامد غيركاتاليستي، اهميت زيادي در صنايع شيميايي و متالورژي دارد. به طور معمول راكتورهاي صنعتي براي اين نوع از واكنش‌ها، سه نوع اصلي به ‎نام‌هاي بستر ثابت، بستر متحرك و بسترسيال ميباشند. هدف از اين مقاله بررسي مدل‌سازي راكتور بستر ثابت براي واكنش‌ گاز-جامد غيركاتاليستي احياي اكسيد آهن توسط هيدروژن مي‌باشد. سيستم با فرض هم دما بودن واكنش در طول بستر و داخل قرصها، مدل شده و با روش تفاضلات محدود مركزي حل شد. ضريب نفوذ موثر ، بهترين تطايق را با نتايج تجربي داشت. نمودارهاي توزيع غلظت در داخل قرص و بستر نشان دادند كه تغييرات غلظت در طول بستر با گذشت زمان كاهش مييابد و همچنين توزيع غلظت در داخل قرصها در زمانهاي ابتدايي، تقريبا به صورت خطي است زيرا در ابتدا تنها مكانيزم انتقال جرم، نفوذ مي باشد اما با گذشت زمان علاوه بر نفوذ، ترم واكنش نيز فعال مي گردد. اين امر باعث غير خطي شدن منحنيهاي غلظت ميشود.

Noncatalytic gas-solid reactions have great importance in chemical and metallurgical industries. Industrial reactors for this type of reactions are generally of three basic types, namely, the fixed-bed, moving bed and the fluidized bed reactor. The aim of this study is that investigate the modeling of the fixed bed reactors for noncatalytic gas-solid reactions of iron oxide reduction by hydrogen. The system was modeled by these assumptions that reaction is isothermal through the bed and pellets and was solved by finite difference method. In comparing by experimental results was specified the 6×10-7m2/s for effective diffusivity has the nearest fit to experimental results. Finally, the calculated concentration profiles showed that in the initial stage profiles were almost liner because at first diffusion was predominant mass transfer mechanism, but with spending time reaction term which was made the concentration curves non-liner was also added to diffusion term.