Wzrost wydajności obliczeniowej umożliwił poprawę możliwości modelowania i symulacji procesów chemicznych. Obliczeniowa dynamika płynów (CFD) jest użytecznym narzędziem do badania wydajności procesu po modyfikacjach geometrycznych i operacyjnych. CFD nadaje się do identyfikacji hydrodynamiki wewnątrz procesów o złożonej geometrii, w których zachodzą reakcje chemiczne oraz wymiana ciepła i masy. W ostatnich latach CFD cieszy się dużym zainteresowaniem badaczy. Niniejsza książka zawiera 11 manuskryptów opublikowanych w różnych czasopismach MDPI.
Streszczenie Rozdział 1: Wodór może być obiecującym źródłem paliwa i jest często uważany za czysty nośnik energii, ponieważ może być wytwarzany z etanolu. Wykorzystanie etanolu ma kilka zalet, ponieważ jest to surowiec odnawialny, łatwy w transporcie, biodegradowalny, o niskiej toksyczności, o wysokiej zawartości wodoru oraz łatwy w przechowywaniu i obsłudze. Reforming pary etanolu zachodzi w stosunkowo niższych temperaturach w porównaniu z innymi paliwami węglowodorowymi i był szeroko badany ze względu na wysoką wydajność tworzenia wodoru. W niniejszej pracy opracowano nowy model symulacji reformingu parowego etanolu (ESR) z wykorzystaniem obliczeniowej dynamiki płynów (CFD). Model systemu reformingu składa się z palnika etanolowego i reaktora ze złożem katalitycznym. Ciekły etanol jest spalany w palenisku, a następnie strumień ciepła promieniowania z palnika jest przenoszony do reaktora ze złożem katalitycznym w celu przekształcenia mieszaniny pary etanolu w wodór i dwutlenek węgla. Proponowany model obliczeniowy składa się z dwóch faz – symulacji palnika etanolowego za pomocą oprogramowania Fire Dynamics Simulator (FDS) (wersja 5.0) oraz symulacji wielofizycznej procesu reformingu parowego zachodzącego wewnątrz reformera. W tej pracy zastosowano oprogramowanie COMSOL multi-physics (wersja 4.3b). Rozwiązuje ono jednocześnie przepływ płynu, wymianę ciepła, dyfuzję z równaniami kinetyki reakcji chemicznych oraz analizę strukturalną. Wykazano, że szybkość uwalniania ciepła wytwarzanego przez palnik etanolowy może zapewnić niezbędny strumień ciepła wymagany do utrzymania procesu reformingu. Stwierdzono, że ułamki masowe wodoru i dwutlenku węgla zwiększają się wzdłuż osi reformera. Udział masowy wodoru wzrasta wraz ze wzrostem strumienia ciepła promieniowania. Wykazano, że naprężenia Von Misesa rosną wraz ze wzrostem strumienia ciepła. Poruszono również kwestie bezpieczeństwa dotyczące integralności strukturalnej płaszcza stalowego. Praca ta wyraźnie pokazuje, że dzięki zastosowaniu etanolu, który ma niską konwersję temperaturową, spadek wytrzymałości strukturalnej stalowej rury jest niewielki. Wyniki numeryczne wyraźnie wskazują, że w normalnych warunkach reformingu etanolu (temperatura stali wynosi około 600 °C lub 1112 °F), czas zerwania stopu stali HK-40 znacznie wzrasta. W tym przypadku czas zerwania jest dłuższy niż 100 000 h (ponad 11,4 roku).
[1] Symulacja CFD systemu reformingu parowego etanolu do produkcji wodoru. ChemEngineering 2018, 2, 34. https://lnkd.in/dffFk4fs
Streszczenie Rozdział 2: Różne rodzaje eksplozji są napędzane przez energię wewnętrzną zgromadzoną w sprężonym gazie lub przegrzanej cieczy. Dobrze znanym przykładem takiej eksplozji jest rozerwanie zbiornika ze skroploną pod ciśnieniem substancją, znane jako eksplozja wrzącej, rozprężającej się cieczy (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion – BLEVE). Gorący wypadek BLEVE jest spowodowany głównie bezpośrednim nagrzaniem (pożarem basenu lub pożarem strumieniowym) stalowej obudowy po stronie pary zbiornika do temperatury przekraczającej 400 °C. Izolacja termiczna wokół zbiornika może znacznie zmniejszyć i opóźnić nadmierne nagrzewanie się obudowy zbiornika podczas pożaru. Dzięki temu strażacy będą mieli wystarczająco dużo czasu na dotarcie do miejsca wypadku i schłodzenie zbiornika LPG (Liquid Petroleum Gas) w celu uniknięcia BLEVE, ugaszenia pożaru lub ewakuacji osób znajdujących się w pobliżu wypadku. Proponowany algorytm odnosi się do kilku aspektów wypadku BLEVE i jego łagodzenia: Obliczeniowa dynamika płynów (CFD) Symulacja pożaru strumieniowego za pomocą oprogramowania symulatora dynamiki pożaru (FDS) przy użyciu symulacji dużych wirów (LES); obliczenie konwekcyjnych i radiacyjnych strumieni ciepła przy użyciu teorii pożaru strumieniowego; przeprowadzenie analizy termochemicznej i wymiany ciepła na powłoce naczynia z włókniny szklanej winyloestrowej przy użyciu oprogramowania FDS (wersja 5); oraz COMSOL Multiphysics (wersja 4.3b) podczas fazy ogrzewania kompozytu i obliczenie czasu potrzebnego do odparowania skroplonego propanu przy użyciu pierwszego i drugiego prawa termodynamiki.
[2] CFD Simulation and Mitigation with Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion (BLEVE) Caused by Jet Fire[Symulacja CFD i łagodzenie skutków eksplozji wrzącej cieczy (BLEVE) spowodowanej pożarem odrzutowca]. ChemEngineering 2019, 3, 1. https://www.mdpi.com/2305-7084/3/1/1
Streszczenie Rozdział 3: Kwas lewulinowy (LA) został uznany za jeden z „10 najlepszych” bloków budulcowych dla przyszłych biorafinerii, zgodnie z propozycją Departamentu Energii USA. Jest uważany za jedną z najważniejszych cząsteczek platformowych do produkcji wysokowartościowych chemikaliów i paliw w oparciu o jego kompatybilność z istniejącymi procesami, ekonomię rynkową i zdolność przemysłową do służenia jako platforma do syntezy ważnych pochodnych. Uwodornienie LA w celu wytworzenia γ-walerolaktonu (GVL) jest aktywnym obszarem badań ze względu na potencjał GVL do wykorzystania jako biopaliwo samo w sobie i do jego późniejszej transformacji w paliwa węglowodorowe. Niniejszy artykuł zawiera nowy projekt prostego, ekonomicznego i bezpiecznego reaktora uwodornienia do przekształcania kwasu lewulinowego w γ-walerolakton (GVL) poprzez wykorzystanie płynu organicznego o wysokiej temperaturze wrzenia. Reaktor uwodorniania składa się ze źródła ciepła – płynu organicznego (zwanego „DOWTHERM A” lub „thermex”) i reaktora katalitycznego. Zalety płynów o wysokiej temperaturze wrzenia, wraz z postępem w technologiach hydrokrakingu i reformingu napędzanych przez przemysł naftowy i gazowy, sprawiają, że koncepcja organiczna jest bardziej odpowiednia i bezpieczniejsza (woda wchodząca w kontakt z ciekłym metalem jest dobrze rozumiana w przemyśle metalurgicznym jako zagrożenie wybuchem pary) do ogrzewania reaktora uwodornienia. W tej pracy zastosowano oprogramowanie COMSOL multi-physics w wersji 4.3b, które jednocześnie rozwiązuje równania ciągłości, Naviera-Stokesa (przepływ płynu), energii (wymiana ciepła) i dyfuzji z kinetyką reakcji chemicznych. Wykazano, że strumień ciepła dostarczany przez płyn organiczny DOWTHERM A może zapewnić niezbędny strumień ciepła wymagany do utrzymania procesu uwodornienia. Stwierdzono, że ułamki masowe wodoru i kwasu lewulinowego zmniejszały się wzdłuż osi reaktora. Udział masowy GVL wzrastał wzdłuż osi reaktora.
[3] CFD Design of Hydrogenation Reactor for Transformation of Levulinic Acid to γ-Valerolactone (GVL) by using High Boiling Point Organic Fluids. ChemEngineering 2019, 3, 32. https://lnkd.in/daHnvenT
Streszczenie Rozdział 4: Zaawansowany algorytm został opracowany w celu analizy wydajności procesu ponownego wrzenia ropy naftowej przepływającej wewnątrz rur reboilerów. Proponowany model składa się z palnika Heptane i układu rur. Strumień ciepła wytwarzany przez palnik jest przekazywany do ropy naftowej przepływającej wewnątrz rury. Model obliczeniowy składa się z dwóch faz – symulacji pożaru za pomocą oprogramowania Fire Dynamics Simulator (FDS) w wersji 5.0, a następnie obliczeń wrzenia zarodkowego ropy naftowej. Kod FDS jest sformułowany w oparciu o CFD (Computational Fluid Dynamics) nagrzewnicy pożarowej. Właściwości termofizyczne (takie jak: przewodność cieplna, pojemność cieplna, napięcie powierzchniowe, lepkość) ropy naftowej oszacowano za pomocą korelacji empirycznych. Przenikanie ciepła do odparowującej dwufazowej mieszaniny ropy naftowej zachodzące w wyniku generowania pęcherzyków przy ściance (wrzenie zarodkowe) zostało obliczone przy użyciu korelacji Chena. Założono, że całkowity konwekcyjny współczynnik przenikania ciepła składa się ze współczynnika konwekcyjnego wrzenia zarodkowego i współczynnika konwekcyjnego wymuszonej turbulencji. Pierwszy z nich jest obliczany za pomocą empirycznego równania Forstera-Zubera. Drugi jest obliczany na podstawie zależności Dittus-Boelter. Aby zweryfikować współczynnik przenikania ciepła wrzenia jądrowego, porównano go ze współczynnikiem konwekcji wrzenia jądrowego uzyskanym za pomocą równania Mostinskiego. Względny błąd między współczynnikami konwekcyjnego przenoszenia ciepła wrzenia zarodkowego wynosi 10,5%. Rozwiązanie numeryczne FDS zostało przeprowadzone przy użyciu metody Large Eddy Simulation (LES). Praca ta została dodatkowo rozszerzona o aspekty integralności strukturalnej metalowej rury reboilera przy użyciu oprogramowania COMSOL Multiphysics. Stwierdzono, że obliczone naprężenie jest mniejsze niż wytrzymałość na rozciąganie stopu stali AISI 310.
[4] CFD Simulation of Forced Recirculating Fired Heated Reboilers. Processes 2020, 8, 145. https://lnkd.in/de3CuY_J
Streszczenie Rozdział 5: Pet-koks (koks naftowy) jest identyfikowany jako bogate w węgiel i zabarwione na czarno ciało stałe. Pomimo zagrożeń dla środowiska związanych z eksploatacją koksu naftowego, jest on najczęściej stosowany jako paliwo do gotowania i spalania w elektrowniach i cementowniach. Jest on uważany za obiecujący zamiennik dla elektrowni węglowych ze względu na wyższą wartość opałową, zawartość węgla i niską zawartość popiołu. W niniejszych badaniach opracowano model obliczeniowy reformingu parowego metanu z wykorzystaniem obliczeniowej dynamiki płynów (CFD). System produkcji wodoru składa się z palnika na koks naftowy i reaktora ze złożem katalizatora. Ciepło uwalniane podczas spalania koksu naftowego zostało wykorzystane do konwekcyjnego i radiacyjnego ogrzewania złoża katalizatora w celu utrzymania reakcji reformingu parowego metanu do wodoru i tlenku węgla. Algorytm obliczeniowy składa się z trzech etapów – symulacji spalania koksu naftowego za pomocą oprogramowania Fire Dynamics Simulator (FDS) w połączeniu z termiczną analizą strukturalną wykładziny palnika oraz wielofizycznymi obliczeniami procesu reformingu parowego metanu (MSR) zachodzącego wewnątrz złoża katalizatora. Analiza strukturalna okładziny palnika została przeprowadzona poprzez połączenie rozwiązań równania przewodzenia ciepła, równania przepływu pary w porowatym ośrodku Darcy’ego i równania mechaniki strukturalnej. Aby zweryfikować temperaturę gazów i ułamek molowy tlenku węgla uzyskane w obliczeniach FDS, przeprowadzono porównanie z wynikami literaturowymi. Maksymalna temperatura uzyskana z symulacji spalania wyniosła około 1440 °C. Obliczona temperatura jest podobna do temperatury podanej w literaturze, która również jest bliska 1400 °C. Maksymalny odczyt ułamka molowego dwutlenku węgla wyniósł 15,0%. Oprogramowanie COMSOL multi-physics rozwiązuje jednocześnie przepływ płynu katalizatora, ciepła i masy z równaniami transportu kinetyki reakcji chemicznych w reaktorze ze złożem katalizatora reformingu parowego metanu. Konwersja metanu wynosi około 27%. Para wodna i metan rozkładają się wzdłuż reaktora ze złożem katalizatora z tym samym nachyleniem. Podobne wartości odnotowano w literaturze dla temperatury MSR wynoszącej 510 °C. Udział masowy wodoru wzrósł o 98,4%.
[5] Multiphysics Design of Pet-Coke Burner and Hydrogen Production by Applying Methane Steam Reforming System. Clean Technol. 2021, 3, 260-287. https://lnkd.in/dZKBgmcC
Streszczenie Rozdział 6: W niniejszej pracy przeprowadzono analizę termodynamiczną organicznego cyklu Rankine’a (ORC). Palnik na koks naftowy zapewnił wymagany strumień ciepła dla kotła na butan. Symulacja spalania koksu naftowego została przeprowadzona przy użyciu oprogramowania Fire Dynamics Simulator (FDS) w wersji 5.0. Walidacja wyników obliczeń FDS została przeprowadzona poprzez porównanie temperatury mieszaniny gazowej i CO2 frakcje molowe do literatury. Stwierdzono, że są one podobne do tych podawanych w literaturze. Przeprowadzono analizę prognozowania czasu za pomocą sztucznej inteligencji (AI). Algorytm sztucznej inteligencji został zastosowany do odczytów czujników temperatury i sadzy. Zastosowano dwie biblioteki Python w celu prognozowania zachowania czasowego odczytów termopary: Model statystyczny-ARIMA (Auto-Regressive Integrated Moving Average) oraz bibliotekę głębokiego uczenia KERAS. ARIMA jest klasą modeli, które wychwytują zestaw różnych standardowych struktur czasowych w danych szeregów czasowych. Keras to biblioteka Pythona stosowana do głębokiego uczenia i działa na Tensor-Flow. Została ona opracowana w celu jak najszybszego i najłatwiejszego wykonywania modeli głębokiego uczenia na potrzeby badań i rozwoju. Dokładność modelu i wykres strat modelu pokazują porównywalną wydajność (trening i test). Butan został wykorzystany jako płyn roboczy w ORC. Butan jest uważany za jeden z najlepszych czystych płynów pod względem wydajności egzergetycznej. Charakteryzuje się niskim wymuszeniem radiacyjnym (RF) w porównaniu do etanu i propanu. Co więcej, ma zerowy potencjał niszczenia warstwy ozonowej i niski potencjał tworzenia efektu cieplarnianego. Jest uważany za łatwopalny, wysoce stabilny i niekorozyjny. Właściwości termodynamiczne butanu potrzebne do oszacowania szybkości ogrzewania i mocy zostały obliczone przy użyciu internetowego kalkulatora termodynamicznego ASIMPTOTE. Wykazano, że obliczona moc netto cyklu ORC jest zbliżona do mocy netto podawanej w literaturze (błąd względny 4,8%). Proponowany system energetyczny ORC jest zgodny z pierwszym i drugim prawem termodynamiki. Sprawność cieplna cyklu wynosi 20,4%.
[6] Projekt termodynamiczny organicznego cyklu Rankine’a (ORC) opartego na spalaniu koksu naftowego. ChemEngineering 2021, 5, 37. https://lnkd.in/dX7czfm7
Streszczenie Rozdział 7: FAME (biodiesel) jest alternatywnym paliwem, które może być produkowane z olejów roślinnych. Rośnie zainteresowanie badaniami i rozwojem odnawialnych źródeł energii. Możliwym rozwiązaniem jest biopaliwo nadające się do silników o zapłonie samoczynnym (silników Diesla) produkowanych z biomasy bogatej w tłuszcze i oleje. Niniejszy artykuł zawiera nowy i bezpieczniejszy projekt reaktora estryfikacji do produkcji FAME (biodiesla) z wykorzystaniem płynu o wysokiej temperaturze wrzenia (zwanego fenylo-naftalenem). Przeprowadzono symulację CFD produkcji biodiesla przy użyciu cieczy jonowej wodorosiarczanu metyloimidazoliowego. Ciecze jonowe (IL) składają się z anionów i kationów, które istnieją jako ciecze w stosunkowo niskich temperaturach. Mają one wiele zalet, takich jak stabilność chemiczna i termiczna, niska palność i niskie ciśnienie pary. W niniejszej pracy ciecze jonowe zostały zastosowane w reakcjach organicznych jako rozpuszczalniki i katalizatory reakcji estryfikacji. Doskonałe właściwości cieczy o wysokiej temperaturze wrzenia, wraz z postępem w przemyśle naftowym i gazowym, sprawiają, że koncepcja organiczna jest bardziej odpowiednia i bezpieczniejsza (woda wchodząca w kontakt z ciekłym metalem może powodować zagrożenie wybuchem pary) do ogrzewania reaktora estryfikacji. Zastosowano kod COMSOL Multiphysics, który jednocześnie rozwiązuje równania ciągłości, przepływu płynów, wymiany ciepła i dyfuzji z kinetyką reakcji chemicznych. Wykazano, że strumień ciepła może zapewnić niezbędny strumień ciepła wymagany do utrzymania procesu estryfikacji. Stwierdzono, że ułamki masowe metanolu i kwasu oleinowego zmniejszają się wzdłuż osi reaktora. Udział masowy FAME wzrastał wzdłuż osi reaktora. Maksymalna wydajność biodiesla uzyskana w reaktorze estryfikacji wyniosła 86%. Wartość ta jest bardzo zbliżona do wyników eksperymentalnych uzyskanych przez Elsheikh i in.
[7] Thermal Hydraulics and Thermochemical Design of Fatty Acid Methyl Ester (Biodiesel) Esterification Reactor by Heating with High Boiling Point Phenyl-Naphthalene Liquid. Fluids 2022, 7, 93. https://lnkd.in/d47S9GRi
Streszczenie Rozdział 8: Przeprowadzono symulację dużych wirów (LES) i badania termodynamiczne elementów organicznego cyklu Rankine’a (ORC) (kocioł, parownik, turbina, pompa i skraplacz). Palnik na koks naftowy zapewnił strumień ciepła potrzebny do parownika butanu. Płyn o wysokiej temperaturze wrzenia (zwany fenylo-naftalenem) został zastosowany w ORC. Ciecz o wysokiej temperaturze wrzenia jest bezpieczniejsza (można zapobiec niebezpieczeństwu wybuchu pary) do ogrzewania strumienia butanu. Ma najlepszą wydajność egzergetyczną. Jest niekorozyjna, wysoce stabilna i łatwopalna. Oprogramowanie Fire Dynamics Simulator (FDS) zostało zastosowane do symulacji spalania koksu naftowego i obliczenia szybkości uwalniania ciepła (HRR). Maksymalna temperatura 2-fenyloftalenu przepływającego w kotle jest znacznie niższa niż jego temperatura wrzenia (600 K). Entalpia, entropia i objętość właściwa wymagane do oceny szybkości wydzielania ciepła i mocy zostały obliczone przy użyciu kodu termodynamicznego THERMOPTIM. Proponowany projekt ORC jest bezpieczniejszy. Wynika to z faktu, że łatwopalny butan jest oddzielony od płomienia wytwarzanego w palniku na koks naftowy. Proponowany ORC jest zgodny z dwoma podstawowymi prawami termodynamiki. Obliczona moc netto wynosi 3260 kW. Jest to dobra zgodność z mocą netto podawaną w literaturze. Sprawność cieplna ORC wynosi 18,0%.
[8] Symulacja dużych wirów i projekt termodynamiczny organicznego cyklu Rankine’a opartego na płynie roboczym butanu i systemie ogrzewania ciekłego fenylo naftalenu o wysokim punkcie wrzenia. Entropy 2022, 24, 1461. https://lnkd.in/dZrkKhaK
Streszczenie Rozdział 9: Znieczulenie wziewne jest dostarczane przez system wentylacji wspomaganej. Składa się głównie z ksenonu lub podtlenku azotu, chlorowcowanych węglowodorów (HHC) i tlenu. W celu zmniejszenia kosztów związków znieczulających, pozostałe środki znieczulające obecne w wydechu są poddawane recyklingowi i ponownie wykorzystywane, aby zminimalizować ilość świeżego znieczulenia. Mieszanina wodorotlenku alkalicznego (zwana wapnem sodowanym) jest stosowana w celu usunięcia CO2 z wydychanego powietrza. Jednak podczas reakcji wapna sodowanego z chlorowcowanymi węglowodorami mogą powstawać toksyczne związki. Ciecze jonowe (IL) mają kilka zalet, takich jak brak lotności, funkcjonalność, wysoka rozpuszczalność węgla i niskie zapotrzebowanie na energię do regeneracji. W ramach tych badań numerycznie zbadano usuwanie dwutlenku węgla za pomocą cieczy jonowych. Zastosowano oprogramowanie COMSOL do obliczeń metodą elementów skończonych. Rozwiązuje ono równania ciągłości, przepływu płynu i dyfuzji. Opracowano nowy algorytm obliczania absorpcji promieniowania podczerwonego (IR) CO2. Jego współczynnik absorpcji ma właściwości zależne od długości fali. Współczynnik absorpcji gazowej został obliczony przy użyciu spektralnej bazy danych HITRAN. Stwierdzono, że CO2 jest prawie całkowicie absorbowany przez dicyjanamid 1-etylo-3-metyloimidazoliowy ([emim][DCA]) po czasie 1000 s. Wykazano, że współczynnik absorpcji CO2 można zaniedbać w przedziale poniżej 1,565 μm, a następnie przy 1,6 μm wzrasta do tego samego rzędu, co w przypadku CO. W związku z tym możliwe jest wykrycie CO2 poprzez zastosowanie diody laserowej, która jest w stanie transmitować promieniowanie IR o długości fali 1,6 μm. Czas ten jest funkcją współczynnika dyfuzji CO2 w membranie i w cieczy jonowej.
[9] Numeryczne badanie usuwania CO2 z systemu znieczulenia wziewnego za pomocą membrany gazowo-jonowej. ChemEngineering 2023, 7, 60. https://lnkd.in/dqY7Fu9w
Streszczenie Rozdział 10: Siarkowodór (H2S) jest uważany za toksyczny i żrący gaz, powszechnie występujący w gazie ziemnym, ropie naftowej i innych paliwach kopalnych. Ten korozyjny gaz może prowadzić do pękania korozyjnego naprężeniowego (SCC). Zjawisko to jest spowodowane połączonym wpływem naprężeń rozciągających i środowiska korozyjnego. Może to prowadzić do nagłego zniszczenia normalnie ciągliwych stopów metali, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze. Odsiarczanie to proces usuwania H2S z tych paliw w celu zmniejszenia ich szkodliwego wpływu na środowisko i zdrowie. Ciecze jonowe (IL) wykazały duży potencjał do zastosowania jako ciekłe absorbenty H2S ze względu na ich zalety, takie jak brak lotności, funkcjonalność, wysoka rozpuszczalność węgla i niskie zapotrzebowanie na energię do regeneracji. Proponowany system ekstrakcji siarkowodoru składa się z rury, membrany i powłoki. Ciecze jonowe na bazie 1-etylo-3-metyloimidazoliowej (emim) z anionem bis-(trifluorometylo) sulfonyloimidowym (NTf2) zostały wybrane ze względu na wysoką zawartość H2S współczynnik dyfuzji. W tym projekcie zastosowano funkcjonalizowane zaawansowane membrany z tlenku grafenu (GO). W tych badaniach, H2Ekstrakcja S za pomocą cieczy jonowych została zbadana numerycznie. Do rozwiązania równań ciągłości, turbulentnego przepływu płynu (model k-ε) i równań dyfuzji przejściowej zastosowano kod COMSOL dla elementów skończonych i multi-fizyki. W przypadku małych okresów czasu występuje ostry gradient w H2S wewnątrz sekcji powłoki. Wynika to z faktu, że współczynnik dyfuzji H2S w cieczy jonowej jest bardzo mała, a sekcja powłoki jest znacznie grubsza niż membrana. Ustalono, że H2S jest prawie całkowicie absorbowany przez ciecze jonowe po czasie 30 000 s.
[10] CFD Simulation of Hydrogen Sulfide (H2S) Desulfurization Using Ionic Liquids and Graphene Oxide Membrane[Symulacja CFD odsiarczania siarkowodoru (H2S) przy użyciu cieczy jonowych i membrany z tlenku grafenu]. Fuels 2023, 4, 363-375. https://lnkd.in/dniBwT98
Streszczenie Rozdział 11: Olefiny są kluczowym budulcem dla przemysłu petrochemicznego, służąc jako surowce do produkcji różnych produktów, takich jak tworzywa sztuczne, włókna syntetyczne, detergenty, rozpuszczalniki i inne chemikalia. W procesie FCC ciężkie surowce ropopochodne są wtryskiwane do jednostki krakingu katalitycznego, gdzie są mieszane z katalizatorem. Katalizator pomaga w rozbiciu dużych cząsteczek węglowodorów na mniejsze fragmenty, w tym olefiny, takie jak propylen i etylen. Te reakcje polimeryzacji zachodzą w wysokich temperaturach. Wymagają one jak najszybszego odprowadzania ciepła w celu kontrolowania temperatury reaktora i uniknięcia „gorących punktów” w regeneratorze lub miejscowych reakcji utleniania (oraz uniknięcia pęknięcia pełzającego okładziny stalowej regeneratora). Chłodzenie powierzchni okładzin regeneratora można osiągnąć poprzez uderzające kropelki wody (spray), wyrzucane z dyszy natryskowej. Chłodzenie natryskowe może zapewnić równomierne chłodzenie i radzić sobie z wysokimi strumieniami ciepła zarówno w jednej fazie, jak i w dwóch fazach. Niniejsze badania przedstawiają projekt hydrauliki termicznej układów chłodzenia natryskowego regeneratorów. W ramach tych badań zastosowano oprogramowanie Fire Dynamics Simulator (FDS) w celu symulacji pola temperatury i frakcji masowej pary wodnej. Do obliczenia pola temperatury wewnątrz okładziny regeneratora wykorzystano kod elementów skończonych COMSOL Multiphysics. Obliczone temperatury powierzchni i współczynnik konwekcji wymiany ciepła, uzyskane za pomocą oprogramowania FDS, zostały pomyślnie zweryfikowane w porównaniu z wynikami numerycznymi COMSOL i wcześniejszymi wynikami w literaturze. Symulacje numeryczne przeprowadzono dla dwóch przypadków. Pierwszy przypadek został przeprowadzony w odległości 0,5 m, a drugi w odległości 0,2 m. Przeprowadzono badanie wrażliwości siatki na model FDS. Przeprowadzono integracje numeryczne w czasie w celu obliczenia średnich temperatur. Różnica między tymi czterema średnimi temperaturami, obliczonymi przy użyciu różnych siatek, jest mniejsza niż 7,4%. Obliczone temperatury powierzchni i współczynnik konwekcji wymiany ciepła zostały pomyślnie zweryfikowane w porównaniu z wynikami numerycznymi COMSOL i wcześniejszymi badaniami. Wykazano, że obliczone temperatury spadają w drugim przypadku. System natrysku wody zdołał skuteczniej schłodzić stalową ścianę, gdy system natrysku wody zbliża się do stalowej okładziny.
[11] Symulacja hydrauliki termicznej systemu natrysku wodnego dla regeneratora chłodziwa do krakingu katalitycznego (FCC). Dynamics 2023, 3, 737-749. https://lnkd.in/d9hZxHEj.
Ta książka jest dostępna na następującej stronie internetowej: