Üstreaktorok betáplálási helyeinek optimalizálása Műszaki Tudományi

31 OTDK, Műszaki Tudományi Szekció, 5D_Energetika, hőtani és áramlástani folyamatok, berendezések Tagozat.

Üstreaktorok betáplálási helyeinek optimalizálása

Hallgató: Molnár Bálint
Szak: Vegyészmérnök, Képzés típusa: bsc, Intézmény: Pannon Egyetem, Kar: Mérnöki Kar

Témavazetők: Dr. Chován Tibor - egyetemi docens, Pannon Egyetem Mérnöki Kar ,
Dr. Varga Tamás - egyetemi adjunktus, Pannon Egyetem Mérnöki Kar ,
Egedy Attila - PhD hallgató, Pannon Egyetem Mérnöki Kar

Vegyipari reaktorok tervezésénél mindig ügyelni kell a benne lejátszódó folyamatokra (hőátadás, komponensátadás, reakció lejátszódása), az optimális üzemeltetési paraméterekre valamint a megfelelő fázishomogenizálásra. A berendezések keveredési viszonyai, áramlási képei már elég jól fel lettek térképezve az elmúlt évek, évtizedek során, ám ha reakciót szeretnénk lejátszatni a berendezésben, akkor legalább ennyire fontos, hogy a komponensek megfelelő helyen legyenek betáplálva, mert csak így biztosítható a megfelelő konverzió elérése.

A kutatás során elsősorban egy olyan eszköz elkészítése a cél, amely a felhasználó által kiválasztott reakciórendszer esetén megmutatja, hogy egy keverővel ellátott, folyamatos reaktorban hova és hogyan érdemes beinjektálni a reagenseket, hogy a reaktor működését jellemző konverzió megfelelő legyen. A vizsgálatok különböző elsőrendű reakciórendszerek (elsőrendű, magasabb rendű, egyensúlyi, autokatalitikus) esetén lettek elvégezve, és az így kapott adatok alapján készítjük el az eszközt. A dolgozatban vizsgált reaktor- és lapátgeometriák, a készített szimulátorokon végzett tartózkodási idő eloszlás sűrűség függvény kísérletek alapján kerültek összehasonlításra. Minden kialakítás esetében meghatározásra került az is, hogy milyen választ adna egy tökéletesen kevert üstreaktor, ill. egy ideális csőreaktor impulzusfüggvényre adott bemenetre. Az egyes kialakítások esetén meghatározott kevertség megállapításához, az ún. kevertségi faktort alkalmaztuk.

További cél, hogy a jelenleg használt Navier-Stokes modelleket azon esetekben, amelyeknél a Reynolds-szám már a turbulens tartományba esik, az alkalmazott modell a k-ε turbulens modellel egészüljön ki. A modellbe épített hőmérleg alkalmazásával szemléltetésre kerülhet a reakciók, a reaktor hőmérsékletére , illetve a reaktor hőmérséklet képének a konverzióra gyakorolt hatása. Távlati cél pedig egy olyan algoritmus kidolgozása, melyen alapuló MATLAB program alkalmas lehet a reaktor betáplálási helyeinek optimalizálására. Ehhez egy kezelői felületet létrehozása is a terv része, ahol a felhasználó által megadott adatokkal a program önállóan elvégzi a számításokat és megmutatja, hogy a legnagyobb konverzióértéket hogyan és miként lehet elérni.

Kulcsszavak: keverés, COMSOL, kevert reaktor, keverőelem tervezés, tartózkodási idő eloszlás sűrűség