 |
تجزیه و تحلیل سینتیک واکنش NOx
معرفی
این مثال به کاهش NO توسط آمونیاک می پردازد. این واکنش برای تصفیه گازهای خروجی خودرو از NO بسیار مهم است. در این موارد، واکنش معمولا در کانال های یک راکتور یکپارچه واقع در سیستم اگزوز انجام می شود.
مرکزی برای راکتور یکپارچه این است که NH 3 در مقادیری وجود دارد که واکنش کاهش NO را محدود نمی کند. در همان زمان، NH 3 اضافی در خروجی راکتور منجر به ضایعات نامطلوب می شود. وضعیت با این واقعیت پیچیده می شود که آمونیاک می تواند توسط اکسیداسیون تخلیه شود، واکنشی که موازی با کاهش NO است، و سرعت دو واکنش رقیب تحت تأثیر دما و همچنین ترکیب قرار می گیرد.
هدف این آموزش دریافت درک اولیه از راکتور یکپارچه است. این بر بررسی گزینش پذیری واکنش ها با حل مدل با نوع راکتور ایده آل Plug Flow در رابط مهندسی واکنش متمرکز است.
تعریف مدل
واکنش های شیمیایی
کاهش NO توسط آمونیاک را می توان با واکنش زیر خلاصه کرد:
(1)
با این حال، آمونیاک می تواند در همان زمان تحت اکسیداسیون قرار گیرد:
(2)
تبدیل کاتالیزوری ناهمگن NO به N2 توسط یک مکانیسم Eley-Rideal توصیف شده است. یک مرحله واکنش کلیدی شامل واکنش NO در فاز گاز با NH 3 جذب شده در سطح است . معادله سرعت زیر (واحد SI: mol/(m3 · s)) در Ref پیشنهاد شده است . 1 برای معادله 1 :
جایی که
و
برای معادله 2 ، سرعت واکنش (واحد SI: mol/(m3 · s)) با
(3)
جایی که
واکنش های شیمیایی رقیب موضوع دوز بهینه NH 3 را برای مدیریت فرآیند کاهش مطرح می کند. استوکیومتری نسبت 1:1 NH 3 به NO را به عنوان حد پایین پیشنهاد می کند. این احتمال وجود دارد که بیش از حد استوکیومتری NH 3 ضروری باشد، اما، در عین حال، ما می خواهیم از سطوح بالای غیر ضروری NH 3 در جریان گاز که مبدل کاتالیزوری را ترک می کند، جلوگیری کنیم.
مدل تک کاناله
برای یافتن حداقل سطح NH 3 مورد نیاز برای کاهش NO موجود در گاز خروجی نیاز به یک مدل راکتور دارد که برای تغییر ترکیبات واکنش دهنده و دمای سیستم محاسبه شود. از نقطه نظر انتقال جرم، کانال‌های یکپارچه راکتور را می‌توان به‌صورت مجزا از یکدیگر در نظر گرفت. بنابراین، منطقی است که شبیه‌سازی‌هایی را انجام دهیم که در آن یک کانال راکتیو منفرد، مدل‌سازی شده توسط معادلات جریان پلاگین غیر گرمایی، راکتور یکپارچه را نشان می‌دهد. این معادلات در نوع راکتور Plug-flow در رابط مهندسی واکنش موجود است.
معادلات مدل
با فرض حالت پایدار، معادله موازنه جرم برای یک راکتور جریان پلاگین به صورت زیر است:
(4)
که در آن F i نرخ جریان مولی گونه است (واحد SI: mol/s)، V حجم راکتور (واحد SI: m 3 )، و R i نرخ خالص واکنش گونه است (واحد SI: mol/( m3 · س)). نرخ جریان مولی به غلظت گونه‌ها مربوط می‌شود، ci ( واحد SI: mol/m 3 )، از طریق نرخ جریان حجمی، v (واحد SI: m3 / s):
(5)
که در آن سرعت جریان حجمی با میانگین سرعت جریان، u (واحد SI: m/s)، ضرب در سطح مقطع راکتور A (واحد SI: m2 ) داده می‌شود:
(6)
تعادل انرژی برای گاز واکنش دهنده ایده آل عبارت است از:
(7)
که در آن C p,i ظرفیت گرمایی مولی گونه است (واحد SI: J/(mol·K))، و Q ext گرمای اضافه شده به سیستم در واحد حجم است (واحد SI: J/(m3 · s)) . Q گرمای ناشی از واکنش شیمیایی را نشان می دهد (واحد SI: J/(m3 · s))
که در آن Hj گرمای واکنش است (واحد SI: J/mol) برای واکنش j ، و rj سرعت واکنش (واحد SI: mol/(m3 · s)).
این مدل ابتدا با معادله 4 ، معادله 5 و معادله 6 برای چندین نسبت مختلف غلظت واکنش دهنده (NH 3 :NO) و با یک سطح شیب دار دما در امتداد راکتور حل می شود. نرخ جریان مولی NH 3 و NO در سرتاسر راکتور ثابت نگه داشته می شود تا تاثیر دما به تنهایی بررسی شود. پس از آن، معادله 7 گنجانده شده است. یعنی شرایط غیر گرمایی ناشی از گرمای واکنش بررسی می شود.
نتایج و بحث
تجزیه و تحلیل سینتیک واکنش
تجزیه و تحلیل سینتیک می تواند به کاهش نسبت مناسب NH 3 :NO کمک کند. اولین مطالعه به سرعت واکنش واکنش‌های کاهش و اکسیداسیون، برای نرخ‌های جریان مولی ثابت NH 3 و NO، به عنوان تابعی از دما و مقادیر نسبی واکنش‌دهنده‌ها می‌پردازد. شکل 1 سرعت واکنش را برای واکنش کاهش نشان می دهد (واکنش 1 در بالا). منحنی ها مجموعه ای از نسبت های NH 3 :NO ( X0 ) را در محدوده 1 تا 2 نشان می دهند. غلظت NO در گاز خروجی که وارد مبدل کاتالیزوری می شود 0.0411 mol/m3 شناخته شده است .
شکل 1: نرخ واکنش واکنش کاهش NO (r1 ) به عنوان تابعی از دما. نسبت NH 3 : NO از 1 تا 2 متغیر است و نرخ جریان مولی NH 3 و NO در سراسر راکتور ثابت نگه داشته می شود.
نرخ کاهش NO از حداکثر می رود و در دماهای بالاتر کاهش می یابد. با افزایش نسبت NH 3 :NO، حداکثر به سمت دماهای بالاتر تغییر می کند . این رفتار با سرعت دفع NH 3 از سطح کاتالیزور سریعتر از واکنش NH 3 جذب شده با فاز گاز NO توضیح داده می شود.
طبق رابطه 3 ، سرعت اکسیداسیون با افزایش دما و غلظت NH 3 افزایش می یابد. این در شکل 2 مشاهده می شود و پارامتر انتخاب پذیری S را به عنوان تابعی از نسبت واکنش دهنده و دما ترسیم می کند. S به عنوان نسبت سرعت واکنش تعریف می شود:
.مقدار S بزرگتر از یک به این معنی است که کاهش NO مطلوب است.
شکل 2: پارامتر گزینش پذیری (r 1 /r 2 ) به عنوان تابعی از دما. نسبت NH 3 :NO از 1 تا 2 متغیر است.
تجزیه و تحلیل جنبشی نشان می دهد که شرایط کاری ترجیحی شامل دماهای متوسط و نسبت های نسبتاً پایین NH 3 :NO است.
مدل تک کانالی
برای یافتن حداقل سطح NH 3 مورد نیاز برای کاهش NO موجود در گاز خروجی نیاز به یک مدل راکتور دارد که غلظت واکنش‌دهنده و دمای سیستم را تغییر دهد. برای این منظور، یک راکتور جریان پلاگین غیر گرمایی برای شبیه سازی رفتار یک کانال راکتیو عمل می کند.
برای گاز خروجی حاوی 41.1 میلی مول بر متر مکعب NO ، با دمای 523 کلوین، که از یکپارچه با سرعت 0.3 متر بر ثانیه عبور می کند، مدل جریان پلاگین نسبت NH 3 :NO بالاتر از 1.2 را برای تضمین NH 3 پیشنهاد می کند. به عنوان یک عامل تقلیل دهنده در تمام طول کانال واکنشی موجود است، به شکل 3 مراجعه کنید . راکتور 0.36 متر طول و 45e- 5m3 حجم دارد .
شکل 3: نرخ جریان مولی NH 3 به عنوان تابعی از حجم کانال.
نمودار پارامتر گزینش پذیری ( شکل 4 ) تایید می کند که شیمی کاهش NO در راکتور یکپارچه در نسبت های NH 3 : NO در محدوده 1.3 تا 1.5 مورد علاقه است.
شکل 4: پارامتر انتخابی (r 1 /r 2 ) به عنوان تابعی از حجم کانال. نسبت NH 3 :NO از 1.3 تا 1.5 متغیر است.
در نهایت، شکل 5 دما و همچنین تبدیل NO را در سراسر راکتور تک کانال نشان می دهد. حداکثر مقادیر برای این ویژگی ها گنجانده شده است. بالاترین دما در راکتور 532K برای X0 = 1.3 و 533 K برای X0 = 1.5 است. تبدیل NO عملاً 1 (99٪) برای هر دو مقدار X0 است .
شکل 5: دما و تبدیل به عنوان تابعی از حجم کانال.
واضح است که دما نقش اصلی را در تأثیر دوز بهینه NH 3 ایفا می کند . از آنجایی که توزیع دما در یک راکتور یکپارچه احتمالاً از کانالی به کانال دیگر متفاوت است، یک مدل راکتور سه بعدی کامل مورد نیاز است. بر اساس شبیه‌سازی‌های مدل تک کانال، نسبت NH 3 :NO بین 1.3 و 1.4 برای مدل سه‌بعدی مناسب به نظر می‌رسد.
توجه: برای جزئیات بیشتر در مورد مدل سه بعدی یکپارچه راکتور، به مثال monolith_3d.mph در کتابخانه های کاربردی ماژول مهندسی واکنش شیمیایی مراجعه کنید.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_مهندسی_واکنش_شیمیایی/آموزش‌ها/یکپارچه_سینتیک
ارجاع
1. G. Schaub، D. Unruh، J. Wang، و T. Turek، “تجزیه و تحلیل جنبشی کاهش انتخابی کاتالیستی NOx (SCR) در یک فیلتر کاتالیزوری، مهندسی شیمی و پردازش ، جلد. 42، شماره 3، صص 365-371، 2003.
توجه: این مدل در جزوه مقدمه ماژول مهندسی واکنش شیمیایی موجود است .
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی  0D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Chemical Species Transport>Reaction Engineering (re) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات پیش‌تنظیمی برای واسط‌های فیزیک انتخاب شده > جریان برق ثابت را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
با خواندن مجموعه‌ای از پارامترهای جهانی که شرایط فرآیند راکتور یکپارچه را تعریف می‌کنند، از جمله ابعاد کانال‌های راکتیو، سرعت جریان گاز واکنش‌دهنده و شرایط دما، شروع کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل monolith_kinetics_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
تعاریف
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
اس | re.r_1/re.r_2 | گزینش پذیری | |
آ | a0*exp(-E0/(R_const*re.T)) | m³/mol | اصلاح غلظت |
مهندسی واکنش (دوباره)
سپس، یک سیستم ترمودینامیکی ایجاد کنید که شامل تمام خواص ترمودینامیکی (مانند آنتالپی، آنتروپی و غیره) مورد نیاز در شبیه‌سازی سیستم واکنش‌دهنده باشد. خواص ترمودینامیکی به طور خودکار با رابط مهندسی واکنش جفت می شود.
در نوار ابزار مهندسی واکنش ، روی ترمودینامیک کلیک کنید و سیستم ترمودینامیک را انتخاب کنید .
ترمودینامیک کلیک کنید و سیستم ترمودینامیک را انتخاب کنید .SYSTEM را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select System بروید . |
2 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 | در لیست گونه ها ، اکسیژن (7782-44-7، O2) را انتخاب کنید . |
3 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
4 | در لیست گونه ها ، آب (7732-18-5، H2O) را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
6 | در لیست گونه ها ، اکسید نیتروژن (10102-43-9، NO) را انتخاب کنید . |
7 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
8 | در لیست گونه ها ، نیتروژن (7727-37-9، N2) را انتخاب کنید . |
9 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
10 | در لیست گونه ها ، آمونیاک (7664-41-7، H3N) را انتخاب کنید . |
11 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
12 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
مدل ترمودینامیکی را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Thermodynamic Model بروید . |
2 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مهندسی واکنش (دوباره)
حالا واکنش های شیمیایی را تعریف کنید. ابتدا فرمول واکنش کاهش NO را تایپ کنید. Reaction به طور خودکار فرمول واکنش را تفسیر می کند و نرخ واکنش را بر اساس قانون عمل جرم پیشنهاد می کند .
واکنش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Reaction Engineering (re) کلیک راست کرده و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، 4NO+4NH3+O2=>4N2+6H2O را تایپ کنید . |
توجه داشته باشید که راه های مختلفی برای متعادل کردن این فرمول وجود دارد، دکمه تعادل در این مورد قابل استفاده نیست.
در این مثال، عبارت سرعت واکنش تولید شده به طور خودکار را با عبارت سرعت شناخته شده از ادبیات جایگزین کنید. برای جلوگیری از غلظت منفی از عملگر max در مخرج بیان نرخ استفاده کنید .
4 | قسمت Reaction Rate را پیدا کنید . از لیست، User defined را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت نوشتاری r j ، re.kf_1*re.c_NO*a*re.c_NH3/(1+a*max(re.c_NH3,0[M])) را تایپ کنید . |
در مرحله بعد ترتیب واکنش را به روز کنید.
6 | زیربخش ترتیب واکنش کلی حجمی را پیدا کنید . در قسمت Forward text، 1 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . تیک Use Arrhenius expressions را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن A f ، A1 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن E f ، E1 را تایپ کنید . |
به همین روش، اکنون واکنش اکسیداسیون NH 3 را تعریف کنید .
واکنش 2
1 | در نوار ابزار Reaction Engineering ، روی  Reaction کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، NH3+O2=>N2+H2O را تایپ کنید . |
4 | روی Balance در گوشه سمت راست بالای بخش Reaction Formula کلیک کنید . |
این واکنش را می توان با تعادل متعادل کرد زیرا تنها یک راه حل برای مشکل تعادل وجود دارد.
5 | قسمت Reaction Rate را پیدا کنید . از لیست، User defined را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن r j ، re.kf_2*re.c_NH3 را تایپ کنید . |
با به روز رسانی ترتیب واکنش به طوری که با عبارت سرعت مطابقت داشته باشد، ادامه دهید.
7 | زیربخش ترتیب واکنش کلی حجمی را پیدا کنید . در قسمت Forward text، 1 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . تیک Use Arrhenius expressions را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متن A f ، A2 را تایپ کنید . |
10 | در قسمت متن E f ، E2 را تایپ کنید . |
حالا نوع راکتور را انتخاب کنید.
11 | در پنجره Model Builder ، روی Reaction Engineering (re) کلیک کنید . |
12 | در پنجره تنظیمات برای مهندسی واکنش ، بخش Reactor را پیدا کنید . |
13 | از لیست نوع راکتور ، Plug flow را انتخاب کنید . |
جفت همه گونه ها در مهندسی واکنش به گونه های مربوطه در سیستم ترمودینامیکی ایجاد شده .
14 | قسمت Mixture Properties را پیدا کنید . تیک ترمودینامیک را انتخاب کنید . |
15 | بخش تطبیق گونه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
گونه ها | از ترمودینامیک |
H2O | H2O |
N2 | N2 |
NH3 | H3N |
نه | نه |
O2 | O2 |
با ثابت نگه داشتن سرعت جریان حجمی، اثر دما و نسبت واکنش دهنده را جدا کنید. بنابراین، برای محاسبه فشار از قانون گاز ایده آل انتخاب کنید.
16 | قسمت Mixture Properties را پیدا کنید . از لیست فشار راکتور ، قانون گاز ایده آل را انتخاب کنید . |
مراحل زیر به شما امکان می دهد تا سرعت واکنش را برای غلظت های ثابت واکنش دهنده، صرفاً تابعی از دما مطالعه کنید. ابتدا از متغیر مستقل V (حجم راکتور، نوشته شده re.Vr ) برای تنظیم یک رمپ دمایی بین 500 کلوین و 750 کلوین استفاده کنید. سپس پس از تعیین مقادیر اولیه، غلظت واکنش دهنده NO و NH 3 را قفل کرده و یک Sweep Parametric اضافه کنید. ویژگی.
17 | بخش تعادل انرژی را پیدا کنید . از لیست، Exclude را انتخاب کنید . |
18 | در قسمت متن T ، 500[K]+250[K/m^3]*re.Vr را تایپ کنید . |
19 | بخش Reactor را پیدا کنید . زیربخش توازن جرم را پیدا کنید . در قسمت متن v ، vrate را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
مقادیر اولیه را وارد کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه گونه های حجمی را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
گونه ها | سرعت جریان مولی (MOL/S) |
H2O | F_H2O_in |
N2 | F_N2_in |
NH3 | F_NH3_in |
نه | F_NO_in |
O2 | F_O2_in |
غلظت های واکنش دهنده را به روش زیر قفل کنید.
گونه: خیر
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: NO کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، برای گسترش بخش Constant Concentration/Activity کلیک کنید . |
3 | کادر کنترل تمرکز/فعالیت ثابت را انتخاب کنید . |
گونه: NH3
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: NH3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش Constant Concentration/Activity را پیدا کنید . |
3 | کادر کنترل تمرکز/فعالیت ثابت را انتخاب کنید . |
اکنون یک ویژگی Sweep Parametric اضافه کنید تا مدل مجموعه ای از نسبت های NH 3 :NO را حل کنید.
مطالعه 1
جاروی پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | از لیست موجود در ستون نام پارامتر ، X0 (نسبت NH3 به NO در ورودی) را انتخاب کنید . |
5 |  روی Range کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره‌ای Range ، 1 را در قسمت متن شروع تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن Step ، 0.2 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن توقف ، 2 را تایپ کنید . |
9 | روی Replace کلیک کنید . |
راه حل 1 (sol1)
در نوار ابزار مطالعه ، روی Show Default Solver کلیک کنید .
Show Default Solver کلیک کنید .تمرین خوبی است که تلورانس های حل کننده پیش فرض را سفت کنید و مطمئن شوید که نمودارهای حل بین اجرای آزمایشی متوالی تغییر نمی کنند. تلورانس نسبی و مطلق باید تشدید شود. در این مورد باید تحمل نسبی به 10-7 کاهش یابد .
مرحله 1: جریان دوشاخه ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1، روی Step 1: Stationary Plug Flow کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان برق ثابت ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Tolerance ، User controlled را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن تحمل نسبی ، 1e-7 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
تمام راه حل های ایجاد شده با فشار دادن Compute در واسط Study ذخیره می شوند و می توان آنها را کپی و اصلاح کرد. این امکان پس‌پردازش آسان نتایج را فراهم می‌کند، زیرا چندین مطالعه موردی مختلف در یک مطالعه قابل ذخیره و مقایسه هستند.
راه حل های پارامتریک 1 (sol2)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی Parametric Solutions 1 (sol2) کلیک راست کرده و Solution>Copy را انتخاب کنید .
سینتیک
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی Parametric Solutions 1 – Copy 1 (sol9) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، Kinetics را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
نمودارهای نشان داده شده در شکل 1 و شکل 2 را با دنبال کردن مراحل زیر ایجاد کنید.
نتایج
سرعت واکنش
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Molar Flow Rate (re) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، نرخ واکنش را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 1/Kinetics (sol9) را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . در قسمت متن برچسب محور x ، Temperature (K) را تایپ کنید . |
6 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Reaction rate را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Reaction Engineering>re.r_1 – Reaction rate – mol/(m³·s) را انتخاب کنید . |
3 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، re.T را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
6 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر علامت Expression را پاک کنید . |
7 | در نوار ابزار نرخ واکنش ، روی  Plot کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
گزینش پذیری
1 | در پنجره Model Builder ، روی Reaction rate کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Selectivity را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت راست بالا را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Selectivity را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>S – Selectivity را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Selectivity ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
شکل 1 و شکل 2 اکنون انجام شده است. اجازه دهید با تنظیم یک مدل راکتور مناسب که در آن اثر گرمای تولید شده و همچنین مصرف واکنش‌دهنده‌ها قابل مطالعه باشد، ادامه دهیم.
مهندسی واکنش (دوباره)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Reaction Engineering (re) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مهندسی واکنش ، بخش تعادل انرژی را پیدا کنید . |
3 | از لیست، Include را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Q ، (T_amb-re.T)*UA را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Reaction Engineering (re) روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت پارامترهای عمومی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت T 0، در قسمت متن، T_in را تایپ کنید . |
گونه: خیر
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: NO کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش Constant Concentration/Activity را پیدا کنید . |
3 | کادر تیک Keep غلظت/فعالیت ثابت را پاک کنید . |
گونه: NH3
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: NH3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش Constant Concentration/Activity را پیدا کنید . |
3 | کادر تیک Keep غلظت/فعالیت ثابت را پاک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: جریان دوشاخه ثابت
حجم های مورد نظر را از صفر تا حجم کل راکتور وارد کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1، روی Step 1: Stationary Plug Flow کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان برق ثابت ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن حجم خروجی ، 0[m^3] L*A را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
راه حل های پارامتریک 1 (sol2)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی Parametric Solutions 1 (sol2) کلیک راست کرده و Solution>Copy را انتخاب کنید .
غیر گرمایی
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Study 1>Solver Configurations روی Parametric Solutions 1 – Copy 1 (sol22) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، Nonisothermal را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
مراحل زیر شکل 3 را ایجاد می کند .
نتایج
نرخ جریان مولی NH3، غیر گرما
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Molar Flow Rate (re) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، نرخ جریان Molar NH3، Nonisothermal را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 1/Nonisothermal (sol22) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، نرخ جریان Molar NH<sub>3</sub> (mol/s) را تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، نرخ جریان Molar NH3، Nonisothermal node را گسترش دهید، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Reaction Engineering>re.F_NH3 – نرخ جریان مولار – mol/s را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر علامت Expression را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار Nonisothermal نرخ جریان مولار NH3 ، روی  Plot کلیک کنید . |
مطالعه 1
جاروی پارامتریک
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1، روی Parametric Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
X0 (نسبت NH3 به NO در ورودی) | محدوده (1.3،0.1،1.5) |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
راه حل های پارامتریک 1 (sol2)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی Parametric Solutions 1 (sol2) کلیک راست کرده و Solution>Copy را انتخاب کنید .
غیر گرمایی 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations روی Parametric Solutions 1 – Copy 1 (sol32) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، Nonisothermal 2 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
دستورالعمل های زیر شکل 4 را ایجاد می کنند .
نتایج
گزینش پذیری، غیر گرمایی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی دما (re) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Selectivity, Nonisothermal را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 1/Nonisothermal 2 (sol32) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت راست میانی را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Selectivity، Nonisothermal را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>S – Selectivity را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر علامت Expression را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار Selectivity، Nonisothermal ، روی  Plot کلیک کنید . |
دستورالعمل های زیر شکل 5 را ایجاد می کند .
دما، غیر گرمایی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Selectivity، Nonisothermal کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Temperature, Nonisothermal را در قسمت Label تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، Temperature, Nonisothermal node را گسترش دهید، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Reaction Engineering>re.T – Temperature – K را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار دما، غیر گرمایی ، روی  Plot کلیک کنید . |
نشانگر نمودار 1
1 | روی Global 1 کلیک راست کرده و Graph Marker را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نشانگر ، بخش نمایش را پیدا کنید . |
3 | از فهرست نمایش ، حداکثر را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Text Format را پیدا کنید . در قسمت نمایش متن دقیق ، 3 را تایپ کنید . |
5 | چک باکس Include unit را انتخاب کنید . |
جهانی 2
1 | روی Global 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 |  روی پاک کردن جدول کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
(F_NO_in/vrate-re.c_NO)/(F_NO_in/vrate) | 1 | تبدیل |
نشانگر نمودار 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Global 2 را گسترش دهید ، سپس روی Graph Marker 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Graph Marker ، بخش Text Format را پیدا کنید . |
3 | چک باکس Include unit را پاک کنید . |
4 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست نقطه لنگر ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
دما، غیر گرمایی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Temperature, Nonisothermal کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب پارامتر (X0) ، از لیست را انتخاب کنید . |
4 | در لیست مقادیر پارامتر (X0) ، 1.3 و 1.5 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . چک باکس Two y-axes را انتخاب کنید . |
6 | در جدول، کادر Plot on secondary y-axis را برای Global 2 انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار دما، غیر گرمایی ، روی  Plot کلیک کنید . |
جهانی 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Global 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست رنگ ، چرخه (بازنشانی) را انتخاب کنید . |
