• شماره ركورد
    25517
  • شماره راهنما
    CHE.ENG2 352
  • عنوان

    شبيه سازي راكتور بستر پرشده جريان شعاعي به منظور بررسي اثر گرمايش بستر كاتاليست بر تجزيه آمونياك

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي - طراحي فرآيند
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1404/11/07
  • صفحه شمار
    95 ص.
  • استاد راهنما
    عطاءاله ساري
  • كليدواژه فارسي
    تجزيه كاتاليستي آمونياك، توليد هيدروژن، راكتورهاي بستر پرشده جريان شعاعي دررو ، كاتاليست نيكل-پلاتين، ديناميك سيالات محاسباتي
  • چكيده فارسي
    واكنش تجزيه آمونياك به‌عنوان يكي از گام‌هاي كليدي در زنجيره بهره‌برداري از منابع انرژي سبز، امكان كاهش چالش‌هاي ذخيره‌سازي و انتقال هيدروژن و بهره‌گيري از زيرساخت‌هاي موجود انرژي را فراهم مي‌كند. در اين پژوهش، شبيه‌سازي سه‌بعدي واكنش تجزيه آمونياك در يك راكتور بستر پرشده جريان شعاعي با استفاده از نرم‌افزار COMSOL Multiphysics 6.2 انجام شد تا عملكرد حرارتي و ميزان تبديل آمونياك تحت شرايط مختلف عملياتي مورد ارزيابي قرار گيرد. با توجه به ماهيت گرماگير بودن اين واكنش و بازدهي پايين سامانه‌هاي متداول گرمايشي در كنار اختلاف قابل توجه حالت هم‌دما در مقايسه با حالت بي‌دررو، در اين پژوهش عملكرد دررو با گرمايش درون بستري در راكتورهاي جريان شعاعي مورد مطالعه قرار گرفت. به‌كارگيري راكتور جريان شعاعي براي تجزيه آمونياك به‌دليل قابليت كار در شدت جريان‌هاي بالاي گاز با افت فشار كم، و همچنين تحليل عملكرد سامانه گرمايش درون‌بستري مبتني بر لوله‌هاي گرمايشي موازي با جريان در اين نوع راكتورها است. اثر آرايش محيطي لوله‌هاي گرمايشي، تعداد لوله‌ها، ضريب هدايت حرارتي دانه‌هاي كاتاليست، اندازه ذرات و دماي ديواره لوله‌ها بر تبديل آمونياك مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان دادند كه افزايش تعداد لوله‌هاي گرمايشي موجب بهبود يكنواختي دماي بستر و افزايش پيوسته تبديل آمونياك مي‌شود، به‌طوري‌كه تبديل از 6/46 درصد در حالت بي‌دررو به 9/75 درصد در بالاترين تراكم لوله‌ها (192 لوله) افزايش يافت. همچنين با افزايش ضريب هدايت حرارتي دانه‌هاي كاتاليست از (W⁄(m.K)) 0.3 تا (W⁄(m.K)) 1، تبديل آمونياك از 75.9 درصد تا حدود 89.4 درصد ارتقا پيدا كرد. علاوه بر اين، كاهش اندازه دانه‌هاي كاتاليست و افزايش دماي ديواره لوله‌هاي گرمايشي اثر قابل توجهي بر افزايش تبديل آمونياك دارند. اين نتايج بر اهميت مديريت حرارتي و طراحي بهينه سامانه‌هاي گرمايش درون‌بستري در راكتورهاي بستر پرشده دررو تأكيد كرده و مي‌تواند راهنمايي كاربردي براي طراحي و افزايش مقياس صنعتي راكتورهاي جريان شعاعي در فرآيند تجزيه آمونياك فراهم آورد.
  • كليدواژه لاتين
    Ammonia catalytic decomposition, Hydrogen production, Packed bed radial-flow reactors, Ni-Pt Al2O3 catalyst, Computational Fluid Dynamics (CFD)
  • عنوان لاتين
    Simulating a packed-bed radial-flow reactor to investigate the effect of heating the catalyst bed on ammonia conversion
  • گروه آموزشي
    مهندسي شيمي
  • چكيده لاتين
    The ammonia decomposition reaction is a key step in the green energy utilization chain, as it alleviates hydrogen storage an‎d transportation challenges while enabling the use of existing energy infrastructure. In this study, a three-dimensional numerical simulation of ammonia decomposition in a radial-flow packed-bed reactor was performed using COMSOL Multiphysics 6.2 to eva‎luate thermal performance an‎d ammonia conversion under various operating conditions. Owing to the endothermic nature of the reaction, the low efficiency of conventional heating systems, an‎d the significant difference between isothermal an‎d adiabatic operation, the non-adiabatic performance of radial-flow reactors with in-bed heating was investigated. The novelty of this work lies in the application of a radial-flow reactor for ammonia decomposition, due to its ability to operate at high gas flow rates with low pressure dro‎p, an‎d in the analysis of an in-bed heating system based on heating tubes arranged parallel to the flow direction. The effects of heating tube arrangement, number of tubes, catalyst particle thermal conductivity, particle size, an‎d tube wall temperature on ammonia conversion were examined. The results show that increasing the number of heating tubes enhances temperature uniformity in the catalyst bed an‎d continuously improves ammonia conversion, increasing from 46.6% under adiabatic conditions to 75.9% at the highest tube density (192 tubes), while increasing the thermal conductivity of catalyst particles from 0.3 to 1 W/(m·K) raised conversion to approximately 89.4%. Furthermore, reducing catalyst particle size an‎d increasing the heating tube wall temperature significantly promoted ammonia conversion, underscoring the importance of thermal management an‎d optimal in-bed heating design in non-adiabatic packed-bed reactors an‎d providing practical guidance for the design an‎d industrial scale-up of radial-flow reactors for ammonia decomposition.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    152471
  • نويسنده

    خليلي، علي