مدلسازی راکتور بستر ثابت برای اکسیداسیون کاتالیستی با استفاده از تکنیک‌های CFD

در این مقاله اکسیداسیون جزئی اگزیلن در هوا به منظور تولید انیدرید فتالئیک در یک راکتور بستر ثابت چند لوله‌ای با استفاده از روشهای CFD‌ مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل نسبت مشخصه (aspect ratio) بالای مدل و عدم تناسب ابعاد سیستم، معادالات حاکم مقیاس شده‌اند. با مقیاس کردن معادلات، افزایش بیش از اندازه تعداد گره‌ها در مش‌بندی و زمان انجام محاسبات کاهش یافته است. دستگاه معادلات دیفرانسیل حاکم با اعمال شرایط مرزی، در نرم‌افزار FEMLAB مدلسازی شده است. با حل مسئله در محیط نرم‌افزاری FEMLAB توزیع دمایی و توزیع غلظت اجزائ در طول راکتور به دست آمده و دمای بهینه خوراک برای رسیدن به حداکثر درصد تبدیل ماده مطلوب محاسبه شده است. با شبیه‌سازی انجام گرفته مشخص شد که نقطه تشکیل hot spot به علت بالا بودن نرخ واکنش، در ابتدای راکتور می‌باشد. پارامترهای مختلف از قبیل دمای ورودی، سرعت ورودی خوراک و ضریب انتقال حرارت روی پدیده تشکیل نقطه hot spot و افزایش میزان تبدیل ماده مطلوب مورد بررسی قرار گرفته‌اند همچنین میزان تأثیر افزایش دمای ورودی به عنوان مهمترین پارامتر موجود در این فرآیند بر روی حداکثر تولید محصول مطلوب مطالعه گردید و مشخص شد که افزایش دمای ورودی سبب افزایش میزان تبدیل و افزایش دمای نقطه hoit spot می‌شود. البته افزایش دمای ورودی تا یک حد معین مجاز می‌باشد وافزایش بیشتر آن علاوه بر تولید ماده نامطلوب باعث افزایش شدید دما در نقطه hot spot و در نتیجه از بین رفت کاتالیست می‌شود.