Design constraints for gas-liquid catalytic microreactors
Gaz-sıvı katalitik mikroreaktörler için tasarım koşulları
- Tez No: 385078
- Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ ÜNER, YRD. DOÇ. DR. ERTUĞRUL ERKOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikroreaktörler yüksek çevrim, seçimlilik, ısı-kütle iletim hızları ve güvenlikleri nedeniyle gelecek vaad eden kimyasal reaktörler olarak görülmektedirler. Gaz-sıvı ya da gaz-sıvı-katı reaksiyonlarını oldukça başarılı bir şekilde gerçekleştirdikleri kanıtlanmıştır. Bu çalışmanın amacı makro boyutlardaki reaktörlerde ihmal edilen, fakat mikroreaktörlerde üzerinde düşünülmesi gerekilen kütle transferi ve reaksiyon kinetiği çerçevesinde bir takım yeni fiziksel olayları ve operasyon stratejilerini sunmaktır. Ilk örnek olarak, NO'nun demir sülfat çözeltilerine yeni bir temas ünitesi ile deneysel olarak absorpsiyonu verilmiştir. Üzerinden akan gaza göre neredeyse durağan bir sıvıda gaz emilimi nedeniyle Marangoni konvektif akımları oluşabileceği gözlemlenmiştir. Emilim hızını arttırması beklentisiyle eklenen kimyasalların, yüzeyi zehirleyebileceği ve iletim hızlarını ciddi anlamda düşürebileceği gösterilmiştir. Bu homojen reaksiyon-difüzyon örneğine ek olarak, klasik gaz-sıvı kütle aktarım teorilerinin sonlu sıvı filmlerinde geçerlilikleri tartışılmış ve penetrasyon teorisinin kullanımı için bir takım sayısal sınırlar belirlenmiştir. İnce filmler için doyma ve tükenme sınırları da verilmiştir. Ayrıca akan sıvı filmlerine n'nci dereceden reaksiyonlu kütle aktarımı için genel bir çözüm sunulmuş ve film içindeki hız profillerinin kütle aktarımına nasıl etki edebileceği gösterilmiştir. Sonrasında, bir gaz-sıvı-katı reaksiyon sistemi için Fischer-Tropsch sentezi incelenmiştir. Eksi mertebeden yüzey reaksiyonları için etkenlilik katsayıları sunulmuştur. Kavramsal olarak Fischer-Tropsch sentezinin çevrimsel işletimde uygulanması tartışılmış ve buna ithafen Taylor akış modeli uygun görülmüştür. Bu akışla ilgili olarak bir de matematiksel model oluşturulmuştur. Son olarak, homojen reaksiyonlarda olduğu gibi akan sıvı filmlerine kütle aktarımı ve akabinde herhangi bir yüzey reaksiyonu için genel bir çözüm sunularak reaksiyonun başlama zamanlarının film içerisindeki hız profiline bağlılığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Microreactors are a promising class of chemical reactors, which can provide high conversion, selectivity, heat-mass transfer rates and safety in production. They can accommodate gas-liquid or gas-liquid-solid reactions very well. The aim of this study is to present some new mass transfer and kinetics oriented physical phenomena and operation strategies that can emerge in multiphase microreactors, which are usually overlooked in macroscale reactors. The first example is demonstrated experimentally by absorbing NO into ferrous sulfate solutions with help of a novel contactor. It is observed that when the liquid layer is almost stagnant with respect to the gas flow, Marangoni convection currents occur upon gas absorption. These are dimmed by adding chemical reactants to the liquid, but then a surface poisoning effect may occur, which decreases uptake rates significantly. In addition to this homogeneous reaction-diffusion example, the applicability of classical mass transfer theories to finite films is questioned and quantitative limitations are given for the use of penetration theory for gas-liquid mass transfer in thin films. The saturation-depletion limits for contact times are also provided. A general solution for diffusion into a flowing liquid film with nth order reaction is presented, in order to demonstrate the effects of velocity field on mass transfer rates. As a gas-liquid-solid example, low-temperature Fischer-Tropsch synthesis is investigated. Effectiveness factors for diffusion with negative order reaction are presented. Conceptual periodic operation of Fischer-Tropsch synthesis is discussed and a model for Taylor flow is generated. Analogous to the first part, a general solution of mass transfer to a flowing liquid film with surface reaction is presented, whereby the reaction initiation times are deduced for any flow field in the film.
Benzer Tezler
- Fischer-tropsch ile hafif olefin üretimi prosesi için kinetik modelleme ve optimizasyon çalışması
Kinetic modeling and optimization study for light olefin production process with fischer-tropsch
SELİN ERTUNAN GÜMÜŞBOĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR
- 1,2-1,8-Antrakinon substitue makro halkalı eter sentezleri
The Synthesis of 1,2- and 1,8-antraquinone derivaties of crown ethers
ERBAY ERBAY
- Design and optimization of turbomachinery disks
Turbomakina disklerinin tasarımı ve optimizasyonu
SÜLEYMAN MUTİ
Doktora
İngilizce
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTAÇ ARIKOĞLU
- Hydrogen fuel cell integration in aviation: Conceptual design of a CS-23 category aircraft
Havacılıkta hidrojen yakıt hücresi entegrasyonu: CS-23 kategorisindeki bir uçağın kavramsal tasarımı
CANER İLHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SUHA YAZICI
- Turbopompa çarkı mekanik tasarım çalışması
Turbopump impeller mechanical design study
YUNUS TÜFEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ