مدل سازي و شبيه سازي توليد هيدروژن با بكار گيري واكنش جابجائي آب-گاز در راكتور غشايي پالاديمي در حضور كاتاليست Pt-TiO2

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

چكيده در اين پژوهش يك مدل رياضي براي توليد هيدروژن در راكتور غشايي ارائه شده است. اين مدل با استفاده از معادله هاي موازنه جرم و موازنه انرژي در دو سمت نفوذ و واكنش راكتور غشايي به دست آمده است. براي توليد هيدروژن در مدل توسعه داده شده از غشاي پالاديومي كه يك غشاي بسيار پركاربرد در جداسازي گزينشي براي جداسازي هيدروژن است و همچنين از كاتاليست پلاتين-تيانيوم اكسيد استفاده شده است. با استفاده از مدل توسعه داده شده واكنش آب گاز در راكتور غشايي اثر تغييرات پارامترهاي عملياتي مانند ضخامت غشا ،تغييرات دماي خوراك ،نسبت آب به كربن مونواكسيد و اثر فشار بر سامانه مورد بررسي و نتايج به دست آمده با نتايج آزمايشگاهي تطبيق داده شدند. بر اساس نتايج شبيه سازي ،ميزان تبديل كربن مونواكسيد در حالت تكدما و در دماي320 درجه سانتيگراد بالاترين ميزان تبديلي را در حدود 3/98 درصد بدست آمد. با افزايش نسبت آب به كربن مونواكسيد ميزان تبديل كربن مونواكسيد افزايش يافت و در نسبت 25 ميزان تبديل كربن مونواكسيد به حدود 98 درصد رسيد. بازيافت و بازدهي هيدروژن با افزايش اين نسبت كاهش حدود 7 و 8 درصدي داشتند. همچنين كمترين افت فشار در راكتور با تخلخل 1/0 به دست آمد. اثر ضخامت غشاي پالاديومي در محدوده 5 الي 20 ميكرومتر مورد بررسي قرار گرفت و بيشترين بازدهي و بازيافت هيدروژن در ضخامت 5 ميكرومتر به دست آمد كه به ترتيب 87 و 88 درصد بودند. بالاترين ميزان تبديل كربن مونواكسيد در ضخامت 5 ميكرومتر غشا 8/97 درصد به دست آمد. سرعت فضايي به عنوان يك عامل تاثير گذار در عملكرد راكتور مورد توجه قرار گرفت و ميزان تبديل كربن مونواكسيد ، بازيافت و بازدهي هيدروژن در سرعت هاي فضايي 10000 تا 50000 بر ساعت بررسي شد. بالاترين ميزان تبديل كربن مونواكسيد در سرعت فضايي 10000 بر ساعت مقدار 94 درصد بود و بازيافت و بازدهي هيدروژن هم در سرعت فضايي 10000 بر ساعت بترتيب معادل 97 و 98 درصد بود. با بررسي اثر حضور وجهت حركت گاز بي اثر در سمت نفوذ مشاهده شد كه در جهت حركت معكوس بازدهي و بازيافت هيدروژن و همچنين ميزان تبديل كربن مونواكسيد كاهش يافت. سرعت گاز بي اثر نيز در سرعت هاي 1 الي 5 متر بر ثانيه مورد بررسي قرار گرفت و در سرعت 5 متر بر ثانيه با بيشترين ميزان تبديل كربن مونواكسيد 4/87 و بازيافت و بازدهي هيدروژن 5/82 و 1/73 درصد به دست آمد. بررسي اثر فشار نيز نشان داد با افزايش فشار تبديل كربن مونواكسيد افزايش مي يابد ولي بازدهي و بازيافت هيدروژن در حدود 13 و 12 درصد با افزايش فشار از 1/0 تا 5/0 بار افزايش يافت. كلمات كليدي : واكنش تعادلي آب گاز ،راكتور غشايي پالاديومي ،كاتاليست Pt-TiO2 ،هيدروژن خالص،مدل سازي غيرتكدما

210730

طراحي فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد رضا احساني ،امير رحيمي

كيقباد شمس اسحاقي