Modelling of heterogeneous catalytic reactions in chemical reactors
Modelování heterogenních katalytických reakcí v reaktorech
rigorózní práce (UZNÁNO)
Zobrazit/ otevřít
Trvalý odkaz
http://hdl.handle.net/20.500.11956/112118Identifikátory
SIS: 215691
Kolekce
- Kvalifikační práce [10691]
Autor
Vedoucí práce
Fakulta / součást
Matematicko-fyzikální fakulta
Obor
Matematické a počítačové modelování ve fyzice a technice
Katedra / ústav / klinika
Katedra geofyziky
Datum obhajoby
7. 10. 2019
Nakladatel
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaJazyk
Angličtina
Známka
Uznáno
Klíčová slova (česky)
Heterogennı́ katalýza, vı́cefázové prouděnı́, Euler-Euler model, fluidnı́ lože, transportnı́ jevy na fázovém rozhranı́Klíčová slova (anglicky)
Heterogeneous catalysis, multi-phase flow, Euler-Euler model, fluidized bed reactor, interfacial transport phenomenaTato práce se zabývá modelováním heterogenních katalytických reaktorů a je rozdělena do dvou částí. První část se zaobírá průmyslovým prototypem fluidního lože sloužícího jako generátor plynného vodíku na bázi endotermního rozkladu kyseliny mravenčí. Po počátečním určení fyzikálních a chemických vlastností reaktoru je odvozen systém devíti komponent, který je následně redukován na problém třífázového proudění. Po- hyb pevných částic a bublin pohybujících se kapalinou je modelován pomocí Basset- Boussinesq-Ossen rovnice. Následným průměrováním pohybových rovnic odvodíme konečný systém ve tvaru třífázového Euler-Euler modelu. Na závěr první části práce se zabýváme numerickou simulací, porovnáním jejich výsledků s experimentem a CFD analýzou. Druhá část práce pojednává o transportních procesech mezi katalytickými plochami a objemovou fází. Vhodnou volbou termodynamických potenciálů a identifikací ob- jemové a povrchové produkce entropie obdržíme konstitutivní vztahy, které svou konstrukcí již automaticky splňují druhý zákon termodynamiky. Odvozený model je vhodný pro analýzu zahrnující adsorpční modely Langmuirova typu i jiné sorpční modely. Klíčová slova: Heterogenní...
This thesis consists of two parts discussing modelling of heterogeneous catalytic reactors. In the first one, an industrial prototype of a fluidized bed reactor serving as a hydrogen generator based on endothermic decomposition of formic acid is studied. After initial determination of the main reactor characteristics a system of nine con- stituents is derived and, consequently, reduced to a three phase flow. The solid and bubble particles immersed in a liquid are modelled by the Basset-Boussinesq- Ossen equation. Furthermore, an averaging technique is used to derive a three phase Euler-Euler model. Finally, numerical computations with a verification towards the measurements and a CFD analysis are proceeded. The second part discusses interfacial transport phenomena between a bulk and catalytic surfaces of a reactor mediated via the boundary conditions. The constitu- tive relations, that by construction comply with the second law of thermodynamics, follow from the specification of suitable thermodynamic potentials together with an identification of the bulk and surface entropy productions. The derived model is suitable for further analysis providing clear guidelines for the incorporation of the Langmuir-type adsorption model as well as other sorption models. Keywords: Heterogeneous catalysis, multi-phase...