A mathematical modeling study on the intensification of the water-gas shift reaction
Su gazı değişimi tepkimesinin yoğunlaştırılmasına yönelik bir matematiksel modelleme çalışması
- Tez No: 882945
- Danışmanlar: PROF. AHMET KERİM AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Düşük sıcaklık su gazı değişimi (SGD) reaksiyonu CuO/ZnO/Al2O3 katalizörü ve ZIF-7 membranı kullanılan bir reaktörde modellenmiştir. Modelin literatür bazlı deneysel veriler ile teyit edilmesini takiben, süpürücü gaz türünün ve akış hızının, basıncın ve boşluk hızının CO dönüşümü üzerine olan etkileri incelenmiş ve farklı basınçlarda ayrıştırılan H2'nin akış hızı belirlenmiştir. Ek olarak bu parametrelerin analizi sırasında, ZIF-7 membranının performansı aynı koşullarda yaygınca kullanılan Pd-Ag membranıyla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, %98 CO dönüşümüyle en iyi performansın 800 h-1 ve 10 bar'da; 1.072 mol.h-1 süpürücü su buharının eşyönlü akışı sırasında gerçekleştiği saptanmıştır. Özellikle süpürücü gaz olarak su buharının kullanılmasının CO dönüşümüne büyük katkı sağladığı ve eşyönlü akışın sıcaklık profilini sabit tutmak için kritik bir faktör olduğu bulunmuştur. Bunun yanında, ZIF-7 membranının su buharının membrandan ters geçişi sayesinde Pd-Ag membranından çok daha iyi performans gösterdiği gözlemlenmiştir. Bu çalışmanın devamında katalizör olarak Pt-CeO2'nin ve membran olarak ZIF-7'nin kullanıldığı bir membran mikroreaktörü modellenmiştir. Reaktör modelinin ve reaksiyon kinetiğinin onaylanması sonucunda ilk modele benzer bir parametre analizi gerçekleştirilmiştir. Burada süpürücü gazın türünün ve akış hızının, basıncın ve akışın kanalda kalma süresinin etkileri araştırılmıştır. Ek olarak, aynı model geleneksel, ardışık adiyabatik modda çalıştırılan ve ilki Fe-Cr, ikincisi CuO/ZnO/Al2O3 katalizörü içeren iki reaktörü modellemek için kullanılmış ve elde edilen veri önceki tek reaktör sistemiyle karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre 10 bar basınç, reaksiyon kanal girişi akış hızının 10 katı kadar eşyönlü süpürücü su buharı en iyi performansı göstermiştir. Kanalda kalış süresi 35.55 g.h/mol'e yaklaştığında %100 dönüşümün sağlanabileceği görülmüştür. Ayrıca tek ünite Pt-CeO2 membran mikroreaktörünün 400°C'de 11.85 g.h/mol kalış süresiyle %94.54 dönüşüme ulaşıp çift reactor sistemine göre daha üstün olduğu saptanmıştır.
Özet (Çeviri)
Low temperature water gas shift (WGS) reaction is modeled over a CuO/ZnO/Al2O3 catalyst in the presence of a ZIF-7 membrane. Upon validation of the model with the literature-based experimental data, effects of the flow arrangement, sweep gas type and flow rate, pressure and gas hourly space velocity (GHSV) on CO conversion are analyzed and permeated H2 flow rate is determined at different pressures. During the parameter analysis, performance of ZIF-7 membrane is also compared with a Pd-Ag membrane under the same reaction conditions. Ultimately, it is found that the best performance corresponding to 98% CO conversion is observed at 800 h-1 GHSV, and 10 bar with 1.072 mol.h-1 co-current steam flow used as the sweep gas. Employing steam as the sweep gas resulted in significant CO conversion improvement and co-current arrangement is found to be essential for keeping the temperature profile isothermal. Moreover, ZIF-7 shown significantly better performance than Pd-Ag membrane due to the reverse permeation of steam in ZIF-7 reactor. Low temperature WGS reaction model is followed by a ZIF-7 membrane microreactor model that involved Pt-CeO2 catalyst. After the validation of reactor model and kinetics, similar parameter analysis also performed for ZIF-7 membrane microreactor. Effects of sweep type and molar flow rate, pressure and residence time are investigated. Also, the same model is run in a mode that reflects the conventional two adiabatic consecutive reactors that operates over Fe/Cr (First reactor) and CuO/ZnO/Al2O3 (Second reactor), and the data gathered are compared with the single reactor Pt-CeO2 data. Parameter analysis shown that at 10 bar, using steam as the sweep gas at 10 times of the retentate inlet flow rate in co–current flow is the most beneficial and 100% conversion can be achieved as the residence time is increased to 35.55 g.h/mol. Moreover, comparison studies shown that single unit membrane reactor with 11.85 g.h/mol residence time at 400°C result in a superior performance (94.54% CO conversion) compared to the conventional reactor model.
Benzer Tezler
- Akdeniz kıyısında kurulacak bir nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of a nuclear desalination cogeneration plant to be built on the Mediterranean coast
ERDEM AKYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiBursa Teknik ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TAYFUN TANBAY
- Yapı malzemesi yaşam döngüsü değerlendirmesi-envanter analizi üzerine bir model
A model on building material life cycle assessment-inventory analysis
CAZİBE ZEYNEP OĞUZ
- A mathematical modeling study on the feasibility of disposing partially treated domestic waste water using soil pile systems
Kısmen arıtılmış evsel atık suyun toprak yığın sistemi kullanılarak bertaraf fizibilitesi üzerine matematiksel modelleme çalışması
HATİCE ALTINOKLAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. KAHRAMAN ÜNLÜ
- Enhancement of dispenser cathode fabrication with pre – design activation simulations and polymer doping
Polimer katkılandırma ve ön aktivasyon tasarımı benzetim çalışmaları ile dispenser katotların üretim süreçlerinin geliştirilmesi
NERGİS YILDIZ ANGIN ATMACA
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- Difficulties experiencing primary school mathematics teacher candidates in the process of mathematical modeling in the context of flipped learning: An example of functions
İlköğretim matematik öğretmen adaylarının flipped learning bağlamında matematiksel modelleme sürecinde yaşadığı zorluklar: Fonksiyonlar örneği
AHMET ALA SARIMURAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Eğitim ve ÖğretimVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiMatematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA GÖK
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHTAP TAŞTEPE