Steady-state and unsteady-state multicomponent mass transfer simulations using Stefan-Maxwell relations
Kararlı ve kararsız hal çok bileşenli kütle aktarımının Stefan-Maxwell bağıntıları ile matematiksel benzetimi
- Tez No: 112040
- Danışmanlar: PROF. DR. AMABLE HORTAÇSU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2001
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
ÖZET KARARLI VE KARARSIZ HAL ÇOK BİLEŞENLİ KÜTLE AKTARIMININ STEFAN-MAXWELL BAĞINTILARI İLE MATEMATİKSEL BENZETİMİ Bu çalışmada, kimyasal reaksiyon içeren çok bileşenli ortamlarda kararlı ve kararsız hal benzetim modelleri ile bunların çözüm algoritmaları geliştirilmiştir. Stefan-Maxwell bağlantılarıyla bileşenlerin tabakadaki difüzyonu ve kimyasal reaksiyonları incelenmiştir. Karbondioksit ve hidrojensülfit'in dietanolamin içindeki soğrulmasını göstermek için kararlı hal soğurma kulesi modellenerek benzetim hesaplan yapılmıştır. Modeli oluşturan kısmi differensiyel denklemler sonlu farklar yöntemiyle doğrusal olmayan cebirsel denklem takımına çevrilerek MATLAB 5.3 yazılımı kullanılarak çözülmüştür. Tüm bileşenler için kule boyunca tabaka içindeki derişimler ve kütle aktarım hızı grafikleri çizilerek kütle dengelerinin sağlandığı görülmüştür. Sayısal analiz yönteminin kararlılığının sağlanabilmesi için değişik boyutlardaki kule uzunluk parçacıkları alınmıştır. Sonuçlardan farklı boyutlardaki kule parçacıkları için aynı sayısal değerlerin elde edildiği belirlenerek kullanılan yöntemin sağlıklı olduğu saptanmıştır. Bunlara ek olarak farklı aktarım tabaka kalınlıkları kullanılarak, tabaka kalınlığının kütle aktarım hızına etkileri de incelenmiştir. Sonuçlar kısa tabakaların kütle aktarım hızım arttırdığını göstermiştir. Çok bileşenli ortamların difüzyon hesapları Stefan-Maxwell bağlantıları kullanılarak kimyasal reaksiyon içeren ve içermeyen kütle aktarımı için sızma (penetrasyon) modellerinin matematiksel denklemleri türetilmiştir. Bu modellerin hesap sonuçları amonyak-su-hidrojen ortamında gaz evresindeki difüzyonun Fick kuramından saptığını göstermiştir. Elde edilen derişim ve kütle aktarım hızlarının çalışılan tüm ortamlarda kısa ve uzun süreler için asimptotik davranışlar göstermiştir. Bu davranışlar kütle aktarımının tabaka-sızma (film penetrasyonu) modeli çerçevesinde yorumlanabileceği görülmüştür. Bunun yanında reaktif bir sistem olan dietanolamin filmindeki karbondioksit ve hidrojensülfit soğrulmasında bileşenlerin derişim ve kütle aktarım hız grafikleri çizilerek irdelenmiş ve tüm bileşenlerin kütle aktarımlarının Fick kuramına uyduğu gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
IV ABSTRACT STEADY-STATE AND UNSTEADY-STATE MULTICOMPONENT MASS TRANSFER SIMULATIONS USING STEFAN-MAXWELL RELATIONS In this study, models and computational algorithms were developed for the simulation of steady-state and unsteady-state mass transfer in multicomponent systems. The Stefan-Maxwell relations were used to describe multicomponent diffusion, and simultaneous diffusion and chemical reactions were considered. Steady-state simulation of an absorption tower for the simultaneous absorption of carbon dioxide and hydrogen sulfide in diethanol amine was performed. The partial differential equations were discretized with finite-difference formulas to yield non-linear algebraic equations. Detailed concentration and flux profiles for all components in both phases across the film and along the column were obtained. The results obtained satisfy mass balance constraints for all components at all points along the column. The stability of the numerical method used was tested by making simulations for different size increments along the column height and identical results were obtained. Simulations conducted for a reduced film thickness showed the expected behavior of increased mass transfer rates and product formation. The mathematical formulations of the penetration models of mass transfer for a multicomponent system with and without chemical reaction, with the Stefan-Maxwell equations for diffusion were presented. For the gas phase diffusion of the system NH3- H2O-H2, deviations from Fick's law behaviour were observed. The concentration and flux profiles obtained exhibit asymptotic behavior at short and long times that could be interpreted within the framework of the film-penetration model of mass transfer. For the absorption of carbon dioxide and hydrogen sulfide, accompanied by chemical reaction in diethanol amine film, concentration and flux profiles for all reactants and products were presented and analyzed. The flux profiles for all the components in the reactive system exhibit Fick's law behaviour.
Benzer Tezler
- Modelling of asymmetric membrane formation by dry casting method
Kuru döküm yöntemiyle asimetrik membran oluşumunun modellenmesi
BÜLENT ÖZBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Metalurji Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SACİDE ALSOY ALTINKAYA
- Process synthesis studies in baten distillation column design and operation
Kesikli damıtma kolonlarının tasarımı ve işletimi için proses sentezi
DİLEK ALKAYA
Doktora
İngilizce
1997
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜRKER GÜRKAN
- Control configuration selection fora high-purity industrial distillation column with side stream
Yüksek saflıktaki endüstriyel yan ürünlü bir damıtma kolonunda en iyi kontrol yapısının seçilmesi
M. ERTAN TAŞKIN
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANAN ÖZGEN
- Numerical simulation of laminar reacting flows
Kargaşasız reaksiyonlu akışların sayısal benzetişimi
TANIL TARHAN
Doktora
İngilizce
2004
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN SELÇUK
- Error and uncertainty analysis for performance assessment of the mathematical models of tubular reactors
Tübüler reaktörler için kullanılan modellerin hata ve belirsizlik analizi yapılarak performansının değerlendirilmesi
MERVE KOSİF
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KURTUL KÜÇÜKADA