KFUPM ePrints

Modeling of transient gas-solid reactions in a fixed-based reactor

Jibril, Baba El-Yakubu (1996) Modeling of transient gas-solid reactions in a fixed-based reactor. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
4Mb

Arabic Abstract

التفاعلات الدينامية بين الغاز والمادة الصلبة في مفاعل ذي مهد ثابت قد تم نمذجته . ثلاثة مستويات فراغية للعملية استخدمت وهي المهد والحبه الكبيرة ووحداتها على التوالي متر مليمتر ، ميكرو متر . هذا النوع من النمط التفصيلي قليلاً ما يوجد في المنشورات العلمية . الخليط متعدد المواد من الغاز بدر من أعلى إلى أسفل من خلال المسام وخلال الشريط الغازي (الفيلم الغازي) حول الحبه الكبيرة (pellet) منها إلى أقسام الداخلية . المنتج الغازي يخرج من المسام ويمر من أعلى المفاعل إلى أسفل . كلا الاتجاهين القطري والرأسي قد تم إدراجها في الدراسة . انتقال الحرارة تبع نفس المسار المشابه . وانتقال الحرارة بالحمل أيضاً قد أحذ في الاعتبار عند حائط المهد . معدل انتقال المادة قد قرب بواسطة نمط غازي (dusty gas model) . معاملات الحرارة بالحمل استخدمت لنقل المادة خللا الحبة الكبيرة . معاملات النقل والثرموديناميكية المستخدمة كانت دينامية . معادلات تفاعلية جزئية غير خطية لنقل المادة والحرارة قد قربت بمعادلات جبرية باستخدام طريقة الفروق المحددة . هذه المعالات قد حُلت والنتائج قد خُزنت هي وزمن الحاسبات . نمط الحبة الكبيرة قد اختبرت توافقيته لأربع تفاعلات غازية مع صلبه مختارة - هذا النمط قد اختبر نوافقياً لنتائج ساكنة عملية ، وذلك لعدم وجود نتائج دينامية معملية ومن هذه النتائج التي استخدمت ازالـة الـكـبـريت بـواسـطـة الهـيدرجه في وجود عامل حفزي بواسطة نمط لو تجهاير - هينشيلوود - النمط أعطى تحويل قيمته 99.89% مقارنة لقيمة عملية 99.9% لمادة الثيوفين عند الحالة الساكنة . ودرجة الحرارة المتوسطة للحالة الساكنة حسبت بمقدار خطأ 0.5% في كلتا الحالتين النمط تمكن بنجاح من حساب القيم العملية . وقد تحقق من ذلك بواسطة اتزان المادة . النمط قد اختير للاتزان بنجاح وصفي . بعض الدراسات الخاصة بالمعاملات قد أجريت . استجابة النمط لاضطراب في ظروف التغذية قد قدمت في هذا البحث . هذا النمط يمكن استخدامه لدراسات على العمليات مثل بداية التشغيل والتوقف ومحاكات التحكم ... إلخ .

English Abstract

Transient gas-solid reactions taking place in a fixed bed reactor have been modeled. Three levels of process space are used: the bed, pellets and grains in meter, millimeter and micron sizes respectively. This kind of a rigorous model is very rare in literature. The multi-component mixture traveling down the reactor through the void spaces enters the gas film around the pellets and into its pores. The product gases travel in reverse order out of the pellets and down the reactor. Both radial and axial directions are included. Heat transfer follows a similar path. Also convective heat transfer is considered at the bed wall. Mass fluxes are approximated via "dusty gas model". Convetive transfer coefficients are used for transport into the pellets. All transport and thermophysical parameters are used as transient. Highly nonlinear partial differential equations for heat and mass transfer are approximated as finite difference equations. The pellet and bed equations are solved using an iterative alternating-direction-implicit method with considerable savings in storage and computation time. Thomas algorithm was used to solve for component concentrations and temperature from the resulting tridiagonal matrices. Pellet model has been validated with four selected gas-solid reactions. Due to lack of transient experimental data the bed model is validated using steady state experimental data of catalytic hydrodesulfurization reaction with Langmuir-Hinshelwood mechanism. The model gave a conversion of 99.98% compared to experimental data of catalytic hydrodesulfurization reaction with Langmuir-Hinshelwood mechanism. The model gave a conversion of 99.98% compared ti experimental value of 99.90% for thiophene at steady state. Steady state average temperature was predicted within 0.5%. In both cases the model has successfully predicted the experimental data. It has also been verified via a mass balance approach. The model has been tested for stability with qualified success. Some parametric studies were performed. The response of the model to perturbation in feed inlet conditions are also shown herein. This model could be used for the studies of short-lived processes, e.g. start-up ans shutdown, predictive and control simulation, etc.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:June 1996
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Jibril, Baba El-Yakubu
Committee Advisor:Hastaoglu, Mehmet A.
Committee Members:Kahraman, Ramazan and Al-Amer, Adnan M. Jarallah and Abdel-Aal, Hussein K.
ID Code:10039
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:55
Last Modified:25 Apr 2011 09:59

Repository Staff Only: item control page