مدل سازی واکنش های گاز-جامد غیرکاتالیستی همراه با تغییر تخلخل در حالت غیرهمدما و ناپایا

واکنش های گاز-جامد غیرکاتالیستی واکنش¬های مهمی هستند که در آن با پیشرفت واکنش، ساختار جامد متخلخل دست¬خوش تغییر می¬شود. این تغییر ساختار به سبب مواردی نظیر مصرف جامد، تولید محصول جامد و تفاوت در حجم مولی جامد واکنش دهنده و محصول اتفاق می-افتد. به سبب اهمیتی که تغییرات ساختاری بر پیشرفت واکنش دارد باید اثر آن در مدل¬سازی لحاظ شود. به سبب همراه بودن واکنش، نفوذ، انتقال حرارت و تغییر ساختار، مدل سیستم بسیار پیچیده بوده و موازنه جرم و انرژی آن منجر به دسته ای از معادلات پاره ای غیرخطی کوپل شده می شود. به سبب پیچیدگی، تاکنون برای حالت غیرپایا حلی ارائه نشده است. در این تحقیق برای درنظر گرفتن تغییرساختار، مدل دانه ای اصلاح شده در شرایط غیرپایا و غیرهم دما مورد استفاده قرار گرفته است. برای اولین بار واکنش گازی سازی زغال سنگ با استفاده از این مدل شبیه سازی شد و نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تجربی مقایسه گردید. خطای مشاهده شده برای دماهای 900،930،960 سلسیوس به ترتیب برابر 9/13، 6/11، 3/9 بود. خطای کم مدل نشان دهنده توانایی مدل در پیش بینی رفتار این سیستم¬ها می¬باشد. کاربرد این مدل در بررسی رفتار سیستم واکنش کربوناسیون اکسید کلسیم نیز بررسی و خطای مشاهده شده برای دماهای 923،973،1023 کلوین به ترتیب برابر 8/5، 5، 2/4 می¬باشدکه نتایج نشان¬دهنده قابلیت آن می باشد. بر اساس مدل مربوطه، اثر پارامترهای سیستم بر پیشرفت واکنش بررسی و مشاهده گردید میزان تبدیل جامد با تخلخل نسبت مستقیم و با ابعاد قرص نسبت عکس دارد. همچنین میزان تبدیل با ضریب نفوذ موثر مستقیم دارد. با بررسی توزیع دما ثابت شد فرض هم دما می تواند در حالتی که ابعاد کوچک باشد مورد استفاده قرار گیرد .