KFUPM ePrints

Bifurcation phenomena in non-isothermal reactive gas absorption.

Al-Mubaiyedh, Usamah Ahmed (1996) Bifurcation phenomena in non-isothermal reactive gas absorption. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
4Mb

Arabic Abstract

لقد طور نموذج الطبقة الرقيقة لتفاعلات الغاز مع السائل غير ثابتة الحرارة مع أخذ تبخر السائل بعين الاعتبار . لقد درست حركة التفاعل الـ (m.n) الغير عكسية بدون سابق أي افتراضات على منطقة التفاعل لتشمل التفاعلات البطيئة ، السريعة اللحظية . يشمل النموذج الجوانب المهمة لتفاعلات الغاز مع السائل غير ثابتة الحرارة التي طالما أهملت في الأبحاث العلمية السابقة . لأول مرة تأخذ هنا في الاعتبار ثلاث طبقات رقيقة . طبقة الغاز وطبقة السائل لانتقال المادة وطبقة السائل لانتقال الحرارة . حلت معادلات النموذج باستخدام الطرق العددية : التمكين العمودي المصاحب في العناصر المحدودة وباستخدام برامج COLNEW و AUTO . لقد أظهر حل النموذج وجود التفرع الثابت أو تعدد حلول الحالة المستقرة في حدود اجتماع معين من عناصر النموذج . كما عملت دراسة شاملة لعناصر النموذج واختبرت حساسية تلك العناصر على معامل الزيادة وعلى زيادة حرارة السطح . لقد ظهر أن عناصر النموذج تؤثر على امكانية حدوث تعددية الحلول وعلى أماكن تلك التعددية . لقد تم الحصول على عنصر فعال لطاقة التنشيط يشمل عناصر تنشيط التفاعل والذوبان ، وتم الحصول كذلك على عنصر فعال لحرارتي التفاعل والذوبان يشمل عناصر حرارتي التفاعل ولاذوبان . ثم شمل تلك العناصر بالفهم الفيزيائي للنموذج وكذلك بطريقة التجربة . لقد طبق النموذج لثلاث تفاعلات صناعية للغاز مع السائل ، تلك التفاعلات تشمل تفاعل الكلور مع الديكان وتفاعل الكبرتة للدوديسايلبنزين وتفاعل الكلور مع التولوين . هنا كذلك لآول مرة وصل نموذج الطبقة الرقيقة بنموذج المفاعل بدون أي تقريبات على معامل الزيادة وعلى تركيز السائل . كما تم وصل نموذج الطبقة الرقيقة لحالة ثبات الحرارة وعدم التبخر لتفاعل الكلور مع الديكان في مفاعل CSTR . ومن هذا الحل أثبت حدوث التعددية في نموذج المفاعل .

English Abstract

A generalized film theory model for nonisothermal gas-liquid reactions has been developed including the possibility of liquid evaporation. Irreversible (m, n)th reaction kinetics were considered without a priori restrictions on the reaction regime, thus including the slow, fast and instantaneous reactions. The model considers the important aspects of nonisothermal gas-liquid reactions that were mostly ignored in the literature. For the first time, three films were analyzed, a gas film, a liquid mass transfer film and a liquid heat transfer film. The model equations were solved using the method of orthogonal collections on finite elements with the application of the software codes, COLNEW and AUTO. Solution of the model indicated the existence of static bifurcation, or steady state multiplicity under certain model parameters combinations. A comprehensive parametric study was carried out and the sensitivity of model parameters on the enhancement factor and surface temperature rise was tested. The model parameters were shown to affect the possibility of steady state multiplicity as well as the regions of multiple steady states. An effective activation energy parameter was obtained by lumping the dimensionless activation energies of reaction and solubility parameters, also, an effective heat of reaction and solution parameter was obtained by lumping the dimensionless heats of reaction and solution. No matter how the individual parameters are changed, the model predictions will be the same as long as the lumped parameter is kept constant. Parameter lumping was obtained through the physical understanding of the model as well as some trial and error computations. The model was applied to three industrial gas-liquid reaction systems, namely, the chlorination of n-decane, the sulfonation of dodecylbenzene, and the chlorination of toluene. For the first time, the local film model was linked with a global reactor design problem in the differential form without using any approximation for the enhancement factor and the bulk liquid concentration for the gas reactant. For demonstration purposes, an isothermal nonvolatile gas-liquid reaction case was considered using the chlorination of the of n-decane system in a non-nonadiabatic CSTR. The solution showed the existence of steady state multiplicity for the global behavior of the reactor.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:December 1996
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Al-Mubaiyedh, Usamah Ahmed
Committee Advisor:Shaikh, Abdullah A.
Committee Members:Zarook, Shareefdeen M. and Elgendi, Mohammad B.
ID Code:10191
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:58
Last Modified:25 Apr 2011 10:25

Repository Staff Only: item control page