مدلسازی و شبیه سازی راکتور غشایی تراوش تبخیری طی فرآیند استری شدن لوولینیک اسید با اتانول به منظور تولید اتیل لوولینات:آنالیز دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

نوع مقاله : مقاله شیمی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، استان آذربایجان غربی، ایران

2 'گروه مهندسی شیمی، دانشکده انرژی های تجدیچذیر، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

3 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی ارومیه

چکیده

در مطالعه‌ی حاضر، عملکرد راکتور غشائی تراوش تبخیری طی واکنش استریفیکاسیون لوولینیک اسید با اتانول بر پایه روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به منظور تولید اتیل لوولینات، مدلسازی و شبیه‌سازی شده است. گرم شدن کره زمین ناشی از اثر گلخانه ای امروزه به عنوان یک مسئله مهم زیست محیطی شناخته می‌شود. از عوامل مهم اثر گلخانه‌ای تولید اکسیدهای گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و دی اکسید کربن می باشد که پس از احتراق سوخت تولید می شوند. از اینرو یکی از راهکارها برای حل این مشکل ، ماده افزودنی بر پایه زیست توده می باشد که منجر می شود سوخت در حین احتراق عملکرد بهتری را داشته باشد و از تولید گازهای مذکور در جو جلوگیری می کند. به همین منظور به عنوان یک راهکار حل مشکل مذکور در این تحقیق، یک مدل دو بعدی متقارن همدما برای راکتور غشائی تراوش تبخیری (PVMR)ارائه شده است. در این راستا پس از مدلسازی و شبیه سازی عملکرد راکتور بستر ثابت و مقایسه‌ی نتایج آن با داده‌های آزمایشگاهی، مشاهده گردید تطابق خوبی (1 درصدخطا) بین نتایج تئوری و آزمایشگاهی حاصل شده است. به منظور درک بهتر از کارائی راکتور غشائی تراوش تبخیری در طی واکنش استریفیکاسیون، تاثیر پارامترهای مختلف عملیاتی (دمای واکنش، دبی جریان خوراک، نسبت مولار خوراک و بارگذاری کاتالیست) بر روی مفاهیم درصد تبدیل لوولینیک اسید و درصد حذف آب بررسی شده‌اند. به عنوان یک نتیجه کلی در تمامی شرایط عملیاتی، راکتور غشائی تراوش تبخیری نسبت به راکتور بستر ثابت معمولی(TR) عملکرد بهتری را نشان داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and Simulation of pervaporation membrane reactor during levulinic acid esterification process with ethanol to produce ethyl levulinate: computational fluid dynamic (CFD) analysis

نویسندگان [English]

  • kamran ghasemzadeh 1
  • Milad Ghahremani 2
  • Elham Jalilnejad 3
1 chemical engineering department, Urmia university of technology, Urmia, West Azerbaijan, Iran
2 Chemical engineering department, renewable energy faculty, urmia university of technology, Urmia, Iran
3 Department of Chemical Engineering, Urmia university of Technology
چکیده [English]

In the present study, the performance of the pervaporation membrane reactor during the esterification reaction of levulinic acid with ethanol to produce ethyl levulinate was modeled based on computational fluid dynamics (CFD) method. Global warming due to the greenhouse effect is now recognized as an important environmental issue. Important factors in the greenhouse effect are the production of sulfur oxides, nitrogen oxides and carbon dioxide, which are produced after the combustion of fuel. Therefore, one of the solutions to solve this problem is a biomass-based additive that leads to better performance of the fuel during combustion and prevents the production of these gases in the atmosphere. Therefore, a symmetric two-dimensional model is provided for the pervaporation membrane reactor (PVMR). In this regard, after modeling and simulating the performance of a fixed bed reactor and comparing its results with laboratory data, it was observed that a good agreement (1% error) was obtained between the theoretical and laboratory results. In order to better understanding of the efficiency of the pervaporation membrane reactor during the esterification reaction, the effect of different operating parameters (reaction temperature, feed flow rate, feed molar ratio and catalyst loading) on the levulinic acid conversion and water removal percentages have been investigated. As a general result in all operating conditions, the pervaporation membrane reactor has performed better than a conventional fixed bed (TR) reactor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling and Simulation
  • Pervaporation Membrane Reactor
  • Levulinic acid
  • Ethyl levulinate