Reaction kinetics of calcium chloride - ammonia reactive system and theoretical simulation of heat and mass transfer in porous slab pellets
Kalsiyum klorür - amonyak reaktif sistemin reaksiyon kinetikleri ve gözenekli levha formunda pelletlerin isi ve kütle transferlerinin teorik simülasyonu
- Tez No: 786128
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ, PROF. DR. GÜRKAN KARAKAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Amonyaklı metal tuzları ve amonyak reaktif sistemleri ısı ve kütle transferi de dikkate alınarak reaksiyon kinetiği açısından incelenmiştir. Net reaksiyon hızını ifade edebilmek için, Langmuir-Hinshelwood modeli temel alan, adsorpsiyon ve desorpsiyon reaksiyonlarını birlikte değerlendiren, bir tersinir reaksiyon mekanizması önerilmiştir. Kinetik parametreleri, ön eksponansiyel faktörleri ve aktivasyon enerjilerini hesaplayabilmek için üç farklı sıcaklıkta deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu parametreler lineer olmayan regresyon analizi (NLR) ile Polymath yazılımında hesaplanmıştır. İki amonyak ve dört amonyak bağlı CaCl2 tuzları arasnda meydana gelen reaksiyonun parametreleri için 0.3 gram CaCl2 ile başlatılan deneyler NLR analizi ile elde edilmiştir. Hesaplanan reaksiyon hızları 0.5 gram CaCl2 tuzu ile başlatılan deneylerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ön eksponansiyel faktörler, adsorpsiyon ve desorpsiyon reaksiyonları için sırasıyla 7.06∙10^(-22) dk-1bar-3 ve 102 dk-1 olarak elde edilmiştir. Ek olarak, görünür aktivasyon enerjileri adsorpsiyon ve desorpsiyon reaksiyonları için sırasıyla -115600 J.mol-1 ve 23310 J.mol-1 olarak elde edimiştir. Hesaplanan değerler ile deneysel sonuçlar uyum göstermektedir. Dört amonyak ve sekiz amonyak bağlı CaCl2 tuzları arasında meydana gelen reaksiyonun parametreleri parametreleri 0.5 gram CaCl2 ile başlatılan deneylerden hesaplanmıştır. Ön eksponansiyel faktörleri adsorpsiyon ve desorpsiyon reaksiyonları için sırasıyla 2.64∙10^(-18) dk-1bar-3 ve 3.44 dk-1 olarak elde edilmiştir. Ayrıca, aktivasyon enerjileri adsorpsiyon ve desorpsiyon reaksiyonarı için sırasıyla -88130 J.mol-1 ve 16500 J.mol-1 olarak elde edilmiştir. Her iki reaksiyonda da elde edilen negatif görünür aktivasyon enerjileri, reaksiyon mekanizmasındaki karmaşık reaksiyonların varlığını işaret etmektedir. Kimyasal ısı pompası ve hidrojen depolanması uygulamalarında CaCl2 pelet formda kullanıldığı için kütle ve ısı transferinin reakyion kinetiği ile birleştirildiği teorik bir model oluşturulmuştur. Literatüre katkı olarak hacimsel artış dikkate alınmış ve çalışmada elde edilen tersinir reaksiyon kinetiği kullanılmıştır. Oluşturulan teorik modelde, tersinir reaksiyon kinetiği, ısı ve kütle transferi etkileriyle beraber kullanılmıştır. Simülasyon sonuçlarını karşılaştırabilmek için yassı peletler ile, kinetik parametleri hesaplaması deneyleri için kullanılan deney düzeneğinde deneyler yapılmıştır. Amonyak basınç düşüşü simulasyon ve deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Simülasyon sonuçları ile deney sonuçları iki amonyak ve dört amonyak bağlı CaCl2 tuzları arasnda meydana gelen reaksiyonun için ilk 700 saniyede iyi bir uyum göstermiştir. Sonrasında görülen sapmanın modeldeki sabit efektif difüzivite kabulü kaynaklı olduğu düşünülmektedir. Literatürden elde edilen modelde sabit kabul edilen efektif difüzivite parametresinin, deneyler sırasında değiştiği düşünülmektedir. Buna ek olarak, dört amonyak ve sekiz amonyak bağlı CaCl2 tuzları arasnda meydana gelen reaksiyon sonuçları iyi bir uyum göstermiştir. İlk reaksiyonda görülen sapma, bu reaksiyonda görülmemiştir. Bunun sebebinin, peletin deney sonunda parçalanarak yapısal bütünlüğünü kaybetmesi sebebiyle efektif difüzivite değerinde ciddi bir değişim yaşamamasının, bu değerin modelde sabit kabul edilmesi ile uyum göstermesi olduğu çıkarımı yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
The reactive systems between ammoniated CaCl2 and NH3 were investigated in terms of heat and mass transport phenomena coupled with reaction kinetics. The reversible reaction rate based on the Langmuir-Hinshelwood model was suggested to express the net reaction rate, including both the adsorption and desorption terms. Experiments at three temperatures were conducted to evaluate the kinetic parameters, pre-exponential factors, and activation energies. The parameters were evaluated by Non-Linear Regression (NLR) analysis using the Polymath software. Experiments with 0.3 grams of initial metal salt results were used for the reaction between two- and four- ammoniated CaCl2 in NLR analysis. Calculated reaction rates were also compared with the experimental result obtained from the 0.5 grams of initial CaCl2. Pre-exponential factors were obtained as 7.06∙10^(-22)min-1 bar-3 and 102 min-1 for adsorption and desorption terms, respectively. Also, apparent adsorption and desorption activation energies were obtained as -115600 J mol-1 and 23310 J mol-1, respectively. The calculated and experimental results showed well agreement. The parameters for the reaction between four- and eight-ammoniated CaCl2 were obtained by the 0.5 grams of initial CaCl2 experiments. Pre-exponential factors for adsorption and desorption reactions were obtained as 2.64∙10^(-18) min-1bar-3 and 3.44 min-1, respectively. Also, apparent adsorption and desorption activation energies were obtained as -88130 J mol-1 and 16500 J mol-1 for the adsorption and desorption terms. The negative activation energies in both reactions indicated the complex reactions in the reaction mechanism. Since CaCl2 is used in the pellet forms in the Chemical Heat Pump and hydrogen storage applications, a theoretical model was developed taking into account heat and mass transport phenomena with the consideration of chemical reaction rate. As a contribution to the literature, volume increase was integrated into the model, and the developed reversible reaction rate expression was used. In order to compare the simulation results, slab pellet experiments were also conducted in the same experimental setup. The simulation change in bulk ammonia pressure was compared with the experimental results. The results were in agreement for the reaction between two- and four-ammoniated CaCl2 in the first 700 seconds. The deviation beyond this time may be the constant effective diffusivity assumption in the model. The effective diffusivities of the reactive systems were assumed according to the literature and assumed as constant during the reaction, while it was thought that it was changing during the experiment. Moreover, the experimental and simulation results showed well agreement for the reaction between four- and eight-ammoniated CaCl2. The deviation observed in the former case was not seen in the latter case. This was attributed to the fact that at the end of the experiment, the slab pellet structure integrity disappeared, and the pellet dispersed. Therefore, the effective diffusivity might not decrease during the experiments, which was compatible with the simulation assumption.
Benzer Tezler
- Sodyum ve potasyum tetrafloroborat bileşiklerinin üretiminde kristalizasyon şartlarının belirlenmesi
Determination of crystalization conditions in the production of sodium and potassium tetrafluoroborate compounds
MEHMET SENA ÇELİK
Doktora
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASIM KÜNKÜL
PROF. DR. ÖMER ŞAHİN
- Saf ve saf olmayan ortamlarda kalsiyum pirofosfat dihidrat kinetiğinin araştırılması
The research of calcium pyrophosphate dihydrate crystallization kinetics in pure and impure media
AYBALA GENÇASLAN
Doktora
İngilizce
2016
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİBEL TİTİZ SARGUT
PROF. DR. PERVİZ SAYAN
- Üleksit cevherinden trimetil borat üretim prosesinin geliştirlmesi
Developing trimethyl borate production process from ulexite ore
MEHTAP ÖZEKMEKCİ
Doktora
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇOPUR
- Zirai mücadelede yabancı ot kontrolünde kullanılan glifosat için kontrollü salınımlı ilaç sisteminin geliştirilmesi
Development of controlled delivery drug system for glyphosate used in weed control of agricultural manage
BUŞRA AKGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyomühendislikFırat ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İNANÇ ÖZGEN
- Poli (stiren) esaslı reçineler üzerinde sekonder amin sentezi ve aldehit ayrılması
Başlık çevirisi yok
BAHİRE FİLİZ ŞENKAL