Soğutmalı boru reaktörlerde reaksiyon parametrelerinin değişiminin incelenmesi

Abstract

Ill ÖZET Kimya endüstrisinde gaz sentezi için boru reaktörler sıkça kullanılmaktadır. Bu reaktörler basit geometrileriyle diğerlerinden ayrılır ve bunların transfer işlemleri teorik olarak tanımlanabilir. Boru reaktörlerde madde dönüşümü ya akış alanında homojen ya da iki faz arasında heterojen olarak meydana gelir. Heterojen katalitik reaksiyonlar genellikle ekzotermiktir. Bu çalışmada laminar akışlı equimolar olmayan, heterojen reaksiyonun boru yüzeyinde meydana geldiği bir boru reaktör incelenmiştir. Bu model reaksiyon için ısı, kütle ve momentum transferi etkileri araştırılmıştır. Boru reaktördeki transfer işlemleri akış, süreklilik, kütle transferi, enerji transferi ve ideal gaz denklemleri ile tanımlanmaktadır. Nonlineer kısmi diferansiyel denklem sistemi lineerleştirilmiş ve transfer büyüklükleri sıcaklığa bağlı olarak sonlu farklar yöntemiyle çözülmüştür. Model reaksiyon hem adyabatik hem de soğutmalı reaktörlerde incelenmiştir. Boru girişinde farklı reaktan konsantrasyonları düşünülmüş olup eksenel ve radyal hız, sıcaklık, konsantrasyon, yoğunluk ve dönüşüm değişimleri incelenmiştir. Sonuçlar grafik haünde sunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre; reaktan konsantrasyonunun kütle transferi üzerine bir etkisi yoktur. Ancak akış ve enerji transferi üzerine etkilerinin olduğu tespit edilmiştir. Adyabatik reaktördeki sıcaklık ve dönüşümün soğutmalı reaktörden daha yüksek olduğu görülmüştür. ANAHTAR KELİMELER: Boru reaktör, Soğutmalı reaktör, Laminar akış, Heterojen reaksiyon, Isı ve kütle transferi, Dönüşüm

IV ABSTRACT Tubular reactors are very often used in the chemical industry for gas-phase synthesis. These reactors differ from other types of reactor by simple geometry. The transfer processes in these reactors can be described theoretically. Substance conversion in tubular reactors takes place either distributed homogeneously in the field flow or at the interface between two phases. Heterogeneous catalytic reactions generally exothermic. In this study, for a laminar, gas-flow, tubular reactor with heterogeneous nonequimolar reaction at the inner surface of tube were studied. Influences of mass, energy and momentum transfer for this model reaction are investigated. The transfer processes in tubular reactor is described by equations of motion, continuity, mass and energy transfer and ideal gas. The nonlinear system of partial differential equations was linearized and transfer coefficients that are functions of the temperature were solved by finite difference method. Model reactions were investigated both in the cooling and in the adiabatic reactors. Initial of the tube are considered different reactant concentration. Changes of axial and radial velocity field, temperature, concentration profiles and chemical conversion were investigated. The results are presented in graphs. The calculations show that there is no effect of the reactant concentrations on mass transfer. There are effects on momentum and energy transfer. Temperatures and chemical conversions are more higher in adiabatic reactor than cooling reactor. KEY WORDS : Tubular reactor, Cooling reactor, Laminar flow, Heterogeneous reaction, Heat and mass transfer, Conversion