KFUPM ePrints

Modeling of Multicomponent gas-solid reactions

Abba, AlHaji Ibrahim (1995) Modeling of Multicomponent gas-solid reactions. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
4Mb

Arabic Abstract

لقد طور نموذج للتفاعلات الكيميائية بين الغاز الصلب لعدة عناصر متفاعلة بناءً على نموذج الجزيء والحـبة الـذي يراعي الطبيعة المتغيرة للنظام وانتقال الحرارة والمادة الداخلي والخارجي ، وكذلك التغير في حدود الشكل البنائي التفاعلي . تكمن أهمية النموذج الرئيسية في شموله على تصميم ومحاكاة عدد من العمليات الصناعية المهمة . يمكن استخدام هذا النموذج في نمذجة تفاعلات الغاز الصلب المحفز وغير المحفز . لقد استخدمت طريقة نيوتن في ترميز برنامج الكمبيوتر . استخدمت طريقة قاوس جوردان للاختصار الكلي مع استراتيجية أكبر محور في حل مجموعة المعادلات الخطية الناتجة من معادلات النموذج الأصلي . لقد أثبتت صلاحية النموذج بالمقارنة بين نتائج المحاكاة مع نتائج التجارب للتفاعل تغويز الكربون في مجال درجة حرارة 900م - 1100م ، وكذلك تفاعل الاختزال الخليط Fe2O3 / NiO في مجال درجة حرارة 581 ك - 608 ك ، لقد كان التقارب في النموذج والتجارب مرضي بشكل عام . لقد عرضت الرسالة نتائج محاكاة العناصر المتعددة لأربع تفاعلات متتالية (تفويز الكربون ، واختزال أكسيد النيكل الهيماتان ، وتفاعل تحول الغاز) . من تحليل نتائج التأثيرات الخارجية والداخلية لانتقال المادة والحرارة ، وجد أن التفاعلات المدروسة متحكمة بالادمصاص والكينانية ، وكان مقدار كل منها متغيراً من تفاعل الآخر . لقد استنتج أن الانتقال الخارجي للمادة والحرارة غير مهم لمقاس الحبة المدروسة . لقد أخريت دراسة محورية مفصلة لتأثير الحرارة الرئيسية والضغط الرئيسي والغاز الخامل في الوسط الرئيسي ومسامية الحبة والصلب الخامل داخل الحبة . الظواهر المستنتجة كانت موافقة للملاحظات النظرية . من أجل ذلك يمكن تكامل هذا النموذج المطور في تصميم ومحاكاة المفاعلات المائعة والأعمدة المحشية وفي أغراض التحكم الأخرى .

English Abstract

A generalized multicomponenet gas - solid reaction model is developed based on the particle - pellet model that considers the transient nature of the system, inter and intra particle heat and mass tansfer and the variation of structural parameters with reaction. The principal significance of such modl is in its integration in the design and simulation of a number of commerically important operations. This model can be used in the modeling of both catalytic and non catalytic gas solid reactions. The computer coding developed is implemented following Newton's method. The Gauss - Jordan complete elemination method with maximum pivot strategy is employed in solving the set of lenearized equations that resulted from the principal model equations. The model is validated by comparing simulation results with experimental data for carbon gasification reaction over the temperature range of 900οC - 1000oC and reduction of NiO / Fe2O3 mixture at 581 K and 608 K respectively. The match between model and experiment was found to be satisfactory in general. Multicomponent simulation results are also presented herein, that resulted from a scenario in which four sequential reactions (carbon gasification, reduction of nickel oxide / hematite mixture and water gas shift reaction) are considered to be taking place simultaneously. From the analysis of the effects of external and internal mass and heat transfer, it was found that, the reactions studied are both diffusion ad kinetic controlled, i.e., intermediate regime, in which the magnitude of each varies with the individual reactions. It is established that, the external mass and heat transfer effects ae negligible for the pellet perosity and inert solid inside pellet matrix are clearly demonstrated. The established effects are negligible for the pellet size studied. A detailed parametric study is carried out, in which the effects of bulk temperature, bulk pressure, inert gas in the bulk stream, pellet perosity and inert solid inside pellet matrix are clearly demonstrated. The establised effects are found to be consistent with theoritical observations. The model developed ca, therefore, be integrated in the design and simulation of Fluidized Bed Reactors, Packed Towers and for control puposes among others.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:April 1995
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Abba, AlHaji Ibrahim
Committee Advisor:Hastaoglu, Mehmet A.
Committee Members:Kahraman, Ramazan and Shaikh, A. K.
ID Code:9629
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:45
Last Modified:25 Apr 2011 09:12

Repository Staff Only: item control page