Abstract. The finite elements metho

Abstract. The finite elements method (FEM) is a numerical method especially useful for solve coupled engineering problems where the analytical solution is not possible due its high complex. In this paper, the liquid-phase biodiesel production in a pilot continuous reactor at the Pilot Plant of Reaction, Chemical Engineering Dept. (UNCPBA) was studied. The objectives were: a) develop a program based on FEM to simulate the transfer of momentum and heat in a pilot tubular reactor, b) couple the kinetic reaction of catalytic transesterification of a non-conventional oil with an alcohol into the general program, with the aim to optimize the process, c) to use the computational tool Aspen-HYSYS to simulate the process of biodiesel production and estimate useful data for the FEM model, d) to validate the numerical model with experimental data. This work presents the study and simulation of the catalytic reaction of transesterification of palm oil with methanol employing an alkaline catalysts to obtain methyl esters (biodiesel) and glycerol under different conditions (oil/methanol feed rates, reaction temperatures, catalyst concentrations) at the pilot plant reaction (PPR). The properties of the streams of reactants and products were obtained from the NRTL fluid package of Aspen-HYSYS. The reaction was defined as kinetics of first order for both oil and methanol. The kinetics constant for the forward reaction was expressed in Arrhenius form equation. The activation energy was determined from literature (Cheng et al., J Oil Palm Res, 16(2):19-29, 2004) and resulted 60737 J/mol with a frequency factor of 9.153109 m3/(mol-s) for the condition of maximum velocity of biodiesel production (using 0.125 mol NaOH/oil kg at 60ºC with oil:methanol feed rate of 1:10). Solving the mass balance of an isothermal plug flow reactor under these conditions, it was estimated that the pilot reactor (assumed ideal) could reach 99% conversion in 5 minutes. For modeling the process of biodiesel production in the PPR, the mass balance, energy and momentum were planed, along with other equations, conforming a system of coupled differential equations. For its resolution, a CFD model previously developed to describe the flow patterns in the mixer-reactor system through the Navier-Stokes module for incompressible fluids in stationary stage of COMSOL Multiphysics 3.5a was used. This model was coupled with the mass Convection and Diffusion, and the Heat Transfer by Convection and Conduction modules to the CFD model, including the reaction kinetics of transesterification of tripalmitin and esterification of palmitic acid. A 2D domain was considered which was discretized with Lagrange quadrangular elements. First, the transfer of momentum problem was solved; for that, fluid properties (density, viscosity) were defined based on Aspen-HYSYS. The initial conditions of null velocity and pressure were imposed. The boundary conditions were: fixed normal fluid velocity at the reactor inlet, no slip at lateral walls, and null pressure at the reactor outlet. The Direct (UNFPACK) solver was used. Convergence of solution was obtained for different feed conditions (velocity, Reynolds number, temperature), allowing to determine the velocity and pressure profiles which were stored for later solve the Convection and Diffusion, and Heat Transfer modules with the fluid moving inside the reactor. The reaction velocities of transesterification and esterification were defined such as global expressions and the diffusivities of the species were assumed identical. As results from the resolution of the whole coupled MEF model, conversions at the outlet reactor were corresponding with experimental data. Mecánica Computacional Vol XXXII, págs. 1451-1461 (artículo completo)
Carlos G. García Garino, Aníbal E. Mirasso, Mario A. Storti, Miguel E. Tornello (Eds.)
Mendoza, Argentina, 19-22 Noviembre 2013

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

บทคัดย่อ วิธีการองค์ประกอบจำกัด (FEM) เป็นปัญหาทางวิศวกรรมควบคู่ตัวเลขวิธีการประโยชน์ในการคำนวณซึ่งการแก้ปัญหาวิเคราะห์ไม่สามารถกำหนดความซับซ้อนสูง มีศึกษาแผนกวิศวกรรมเคมี (UNCPBA) ในเอกสารนี้ การผลิตไบโอดีเซลของเหลวเฟสในเครื่องปฏิกรณ์อย่างต่อเนื่องการนำร่องที่นำร่องพืชของปฏิกิริยา มีวัตถุประสงค์: ) พัฒนาโปรแกรมโดยใช้ FEM การจำลองการถ่ายโอนโมเมนตัม และความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อนำร่อง ขคู่ปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มน้ำมันไม่ธรรมดาเดิม ๆ ด้วยแอลกอฮอล์ที่เป็นโปรแกรมทั่วไป เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ c) การใช้ การคำนวณเครื่องมือแอสเพ็น-HYSYS เพื่อจำลองกระบวนการของไบโอดีเซลผลิตและประเมินข้อมูลที่เป็นประโยชน์สำหรับรุ่น FEM, d) การตรวจสอบรูปแบบตัวเลขกับข้อมูลทดลอง งานนี้นำเสนอการศึกษาและการจำลองปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาของของน้ำมันปาล์มกับเมทานอลที่ใช้สิ่งที่ส่งเสริมการด่างรับ methyl esters (ไบโอดีเซล) และกลีเซอรภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ (ราคาน้ำมัน/เมทานอลฟีด ปฏิกิริยาอุณหภูมิ ความเข้มข้นเศษ) ในปฏิกิริยาโรงงานนำร่อง (กำลัง) คุณสมบัติของกระแส reactants และสินค้าได้รับมาจากแพคเกจของเหลว NRTL ของ Aspen HYSYS ปฏิกิริยาที่ถูกกำหนดเป็นจลนพลศาสตร์ของลำดับแรกสำหรับน้ำมันและเมทานอล ค่าคงของจลนพลศาสตร์สำหรับปฏิกิริยาไปข้างหน้าได้แสดงในสมการแบบฟอร์มอาร์เรเนียส พลังงานกระตุ้นถูกกำหนดจากวรรณคดี (Cheng et al., J ปาล์ม Res, 16 (2): 19-29 ปี 2004) และส่งผลให้ J 60737 โมลกับตัวคูณความถี่ของ m3/(mol-s) 9.153109 ในสภาพของความเร็วสูงสุดของการผลิตไบโอดีเซล (ใช้ 0.125 โมล NaOH/น้ำมัน กิโลกรัมที่ 60ºC ด้วยน้ำมัน: เมธานออาหารอัตรา 1:10) แก้ปัญหาสมดุลโดยรวมของเครื่องปฏิกรณ์การ isothermal ต่อกระแสภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ มันถูกคาดว่า ระบบนำร่อง (สมมติเหมาะ) สามารถเข้าถึงแปลง 99% ในเวลา 5 นาที สำหรับกระบวนการผลิตไบโอดีเซลกำลังการสร้างโมเดล ดุลมวล พลังงาน และโมเมนตัมถูก planed อื่น ๆ สมการ ระบบสมการเชิงอนุพันธ์สามัญควบคู่สอดคล้องกับการ สำหรับความละเอียด ใช้แบบ CFD ก่อนหน้านี้ พัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายรูปแบบการไหลในระบบเครื่องปฏิกรณ์ผสมผ่านโม Navier-สโตกส์สำหรับของเหลว incompressible ระยะเครื่องเขียนของ COMSOL Multiphysics 3.5a รุ่นนี้ถูกควบคู่กับการพามวล และแพร่ และการถ่าย โอนความร้อน โดยการพาและการนำโมดูลรุ่น CFD รวมจลนพลศาสตร์ปฏิกิริยา esterification กรด palmitic และของ tripalmitin โดเมน 2D ได้พิจารณาซึ่งมี discretized กับโรงแรมลากรองจ์มิลลิกรัมองค์ประกอบ ครั้งแรก การโอนย้ายของโมเมนตัมปัญหาถูกแก้ไข ที่ คุณสมบัติของของเหลว (ความหนาแน่น ความหนืด) ถูกกำหนดจาก Aspen HYSYS มีกำหนดเงื่อนไขเริ่มต้นของความดันและความเร็วเป็น null เงื่อนไขขอบเขตมี: คงความเร็วที่ของเหลวปกติที่ทางเข้าของเครื่องปฏิกรณ์ ไม่จัดที่ผนังด้านข้าง และความดันเป็น null ที่เต้าเสียบเครื่องปฏิกรณ์ ใช้โปรแกรมแก้ปัญหาโดยตรง (UNFPACK) บรรจบกันของโซลูชันที่ได้รับสำหรับเงื่อนไขอาหารแตกต่างกัน (ความเร็ว หมายเลขเรย์โนลด์ส อุณหภูมิ), ให้กำหนดค่าความเร็วและความดันที่ถูกเก็บไว้ในภายหลังแก้ไขโมพา และแพร่ และถ่าย โอนความร้อนกับน้ำมันที่ย้ายภายในระบบ ตะกอนปฏิกิริยา esterification และเพิ่มกำหนดไว้เช่นนิพจน์ทั่วโลก และ diffusivities พันธุ์ถูกสันนิษฐานเหมือนกัน เป็นผลลัพธ์จากการแก้ปัญหาทั้งหมดควบคู่รุ่น MEF แปลงที่ปล่อยร้านได้สอดคล้องกับข้อมูลการทดลอง Mecánica Computacional Vol XXXII, págs ตปา-1461 (artículo completo)
Carlos G. García Garino, Aníbal E. Mirasso, Mario A. Storti, Miguel E. Tornello (Eds.)
เมนโดซา อาร์เจนตินา 19-22 ปี 2013 Noviembre

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นามธรรม องค์ประกอบ จำกัด วิธีการ (FEM) เป็นวิธีการเชิงตัวเลขที่มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมคู่ที่แก้ปัญหาการวิเคราะห์ที่เป็นไปไม่ได้เนื่องจากมีความซับซ้อนสูง ในบทความนี้ผลิตไบโอดีเซลของเหลวเฟสในเครื่องปฏิกรณ์อย่างต่อเนื่องนักบินที่โรงงานต้นแบบของปฏิกิริยาฝ่ายวิศวกรรมเคมี (UNCPBA) ได้ทำการศึกษา วัตถุประสงค์:) พัฒนาโปรแกรมตาม FEM เพื่อจำลองการถ่ายโอนโมเมนตัมและความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ท่อนักบินข) คู่ปฏิกิริยาการเคลื่อนไหวของปฏิกิริยาการเร่งปฏิกิริยาของน้ำมันที่ไม่ธรรมดากับเครื่องดื่มแอลกอฮอล์เข้ามาในโปรแกรมทั่วไปด้วย จุดมุ่งหมายที่จะเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการค) การใช้เครื่องมือการคำนวณแอ HYSYS เพื่อจำลองกระบวนการของการผลิตไบโอดีเซลและประเมินข้อมูลที่เป็นประโยชน์สำหรับรุ่น FEM, D) ในการตรวจสอบรูปแบบตัวเลขที่มีข้อมูลการทดลอง งานนี้นำเสนอการศึกษาและการจำลองของการเร่งปฏิกิริยาของปฏิกิริยาของน้ำมันปาล์มที่มีเมทานอลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอัลคาไลน์เพื่อให้ได้เมทิลเอสเตอร์ (ไบโอดีเซล) และกลีเซอรอลภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน (อัตราการป้อนน้ำมัน / เมทานอล, อุณหภูมิของปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา) ที่นักบิน ปฏิกิริยาของพืช (PPR) คุณสมบัติของกระแสของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ได้รับจากแพคเกจของเหลว NRTL ของแอสเพน-HYSYS  ปฏิกิริยาที่ได้รับการกำหนดให้เป็นจลนศาสตร์ของการสั่งซื้อครั้งแรกสำหรับทั้งน้ำมันและเมทานอล จลนศาสตร์คงที่สำหรับการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าได้รับการแสดงในรูปแบบสมการ Arrhenius พลังงานกระตุ้นถูกกำหนดจากวรรณกรรม (เฉิงตอัล. เจปาล์มน้ำมัน Res, 16 (2) :19-29, 2004) และส่งผลให้ 60,737 J / โมเลกุลด้วยปัจจัยความถี่ของ 9.153  109 m3 / (โมเลกุล-s) สำหรับสภาพของความเร็วสูงสุดของการผลิตไบโอดีเซล (ใช้ 0.125 โมล NaOH / กิโลกรัมน้ำมันที่ 60 º C กับน้ำมัน: อัตราการป้อนเมทานอล 1:10) แก้สมดุลมวลของเครื่องปฏิกรณ์ไหลปลั๊กอุณหภูมิคงอยู่ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้มันเป็นที่คาดว่าเครื่องปฏิกรณ์นักบิน (สันนิษฐานว่าเหมาะ) สามารถเข้าถึงแปลง 99% ใน 5 นาที สำหรับการสร้างแบบจำลองกระบวนการของการผลิตไบโอดีเซลใน PPR, สมดุลมวลพลังงานและโมเมนตัมมีการวางแผนพร้อมกับสมการอื่น ๆ ที่สอดคล้องระบบสมการเชิงอนุพันธ์คู่ สำหรับความละเอียดของรูปแบบการพัฒนา CFD ก่อนหน้านี้ในการอธิบายถึงรูปแบบการไหลในระบบการผสมเครื่องปฏิกรณ์ผ่านโมดูล Navier-Stokes กับชนิดอัดไม่ได้ในขั้นตอนการหยุดนิ่งของ COMSOL Multiphysics  3.5a ถูกนำมาใช้ รุ่นนี้ได้รับการควบคู่ไปกับการพามวลและการกระจายและการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อนและการนำโมดูลกับรูปแบบ CFD รวมทั้งปฏิกิริยาของปฏิกิริยาของ tripalmitin และ esterification ของกรดปาล์มิติก โดเมน 2D ได้รับการพิจารณาซึ่ง discretized ลากรองจ์ด้วยองค์ประกอบสี่เหลี่ยม ครั้งแรกในการถ่ายโอนโมเมนตัมของปัญหาถูกแก้ไขได้ สำหรับการที่คุณสมบัติของของเหลว (ความหนาแน่นของความหนืด) มีกำหนดขึ้นอยู่กับแอ HYSYS  เงื่อนไขเริ่มต้นของความเร็วและความดัน null ถูกกำหนด เงื่อนไขขอบเขตคือคงที่ความเร็วปกติของเหลวที่ทางเข้าเครื่องปฏิกรณ์ใบที่ผนังด้านข้างไม่ได้และความดัน null ที่ร้านเครื่องปฏิกรณ์ ตรง (UNFPACK) ถูกนำมาใช้แก้ การบรรจบกันของการแก้ปัญหาที่ได้รับสำหรับสภาพอาหารที่แตกต่างกัน (ความเร็วจำนวนนาดส์อุณหภูมิ) ช่วยให้การตรวจสอบความเร็วและรูปแบบความดันที่ถูกเก็บไว้สำหรับภายหลังแก้พาและแพร่และโมดูลการถ่ายเทความร้อนด้วยของเหลวที่เคลื่อนไหวภายในเครื่องปฏิกรณ์ ความเร็วปฏิกิริยาของปฏิกิริยาและ esterification ถูกกำหนดไว้เช่นการแสดงออกทั่วโลกและสัมประสิทธิ์การแพร่ของสายพันธุ์ได้รับการสันนิษฐานว่าเป็นเหมือนกัน ในฐานะที่เป็นผลมาจากความละเอียดของรูปแบบ MEF ทั้งคู่แปลงเครื่องปฏิกรณ์ที่ร้านได้สอดคล้องกับข้อมูลการทดลอง mecánica Computacional ฉบับ XXXII, págs 1451-1461 (artículo completo)
คาร์ลอจีGarcía Garino, Aníbalอี Mirasso มาริโอเอ Storti มิเกลอี TORNELLO (ชั้นเลิศ)
เมนโดซา, อาร์เจนตินา 19-22 พฤศจิกายน 2013

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นามธรรม องค์ประกอบจำกัดวิธี ( FEM ) เป็นวิธีเชิงตัวเลขสำหรับปัญหาทางวิศวกรรมโดยเฉพาะอย่างยิ่งประโยชน์แก้คู่ที่วิธีการแก้ปัญหาการวิเคราะห์ไม่ได้เนื่องจากมันสูงซับซ้อน ในกระดาษนี้ , การผลิตไบโอดีเซลในเครื่องปฏิกรณ์ผลิตนักบินอย่างต่อเนื่องในโรงงานต้นแบบของปฏิกิริยา เคมีวิศวกรรม ฝ่าย ( uncpba ) ผลการทดลองพบว่า วัตถุประสงค์ :) พัฒนาโปรแกรมโดยใช้ FEM จำลองการถ่ายโอนโมเมนตัมและความร้อนในท่อปฏิกรณ์นำร่อง , B ) คู่ปฏิกิริยาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาของกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่นไม่ปกติน้ำมันกับแอลกอฮอล์ลงโปรแกรมทั่วไปที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการc ) การใช้เครื่องมือคอมพิวเตอร์แอสกระบวนการจำลองกระบวนการผลิตไบโอดีเซลและประเมินข้อมูลที่มีประโยชน์สำหรับวิธีแบบ D ) เพื่อตรวจสอบการคำนวณแบบจำลองกับข้อมูลจากการทดลองงานนี้นำเสนอการศึกษาและการจำลองการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของน้ำมันปาล์มกับเมทานอลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด่างให้ได้เป็นเมทิลเอสเทอร์ ( ไบโอดีเซล ) และกลีเซอรอล ภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน ( อัตราป้อน เมทานอลน้ำมัน / ปฏิกิริยา อุณหภูมิ , ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา ) ในโรงงานต้นแบบปฏิกิริยา ( PPR )คุณสมบัติของกระแสสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการ NRTL ของไหลแพคเกจของเอเอสพี . ปฏิกิริยาที่ถูกนิยามว่า จลนศาสตร์ของลำดับแรก ทั้งน้ำมัน และ เมทานอล จลนพลศาสตร์ปฏิกิริยาคงที่สำหรับหน้าถูกแสดงในรูปสมการของอาร์เรเนียส การใช้พลังงานถูกกำหนดจากวรรณกรรม ( เฉิง et al . , เจ ปาล์มน้ํามัน ความละเอียด 16 ( 2 ) : 19-29 ,2004 ) และผล 60737 J / โมล ด้วยปัจจัยของความถี่ 9.153  109 ลบ . ม. / ( mol-s ) สำหรับเงื่อนไขของความเร็วสูงสุดของการผลิตไบโอดีเซล ( 0.125 โมล / กิโลกรัมโดยใช้ NaOH น้ำมัน 60 º C น้ำมัน : เมทานอลป้อน 1 : 10 ) การแก้สมดุลมวลของปลั๊กเครื่องปฏิกรณ์ไหลคงที่ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ มันคือประมาณว่า นักบินเครื่องปฏิกรณ์ ( ถือว่าดีเยี่ยม ) สามารถเข้าถึงการแปลง 99% ใน 5 นาทีการจำลองกระบวนการผลิตไบโอดีเซลใน PPR , ดุลมวลพลังงานและโมเมนตัมกำลัง planed พร้อมกับสมการอื่น ๆ ตามระบบของคู่สมการเชิงอนุพันธ์ มีความละเอียดเป็นแบบจำลอง CFD ก่อนหน้านี้ที่พัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายรูปแบบการไหลในระบบถังผสมที่ผ่าน navier สโตโมดูลสำหรับของเหลวอัด ในเวที comsol multiphysics  3.5a ) ที่ใช้ รุ่นนี้เป็นคู่กับมวลโดยการพาและการแพร่กระจายและการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนการพาความร้อนและโมดูลแบบจำลอง CFDรวมถึงปฏิกิริยาจลนพลศาสตร์ของกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่นของ tripalmitin และเอสเทอริฟิเคชันของกรดปาล์มิติค . โดเมนเป็น 2D ซึ่งเป็นแบบจุดลากรองจ์ด้วยองค์ประกอบซึ่งเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส . ก่อนการแก้ไขปัญหาแรง เพราะ คุณสมบัติของของไหล ( ความหนืดความหนาแน่น ) กำหนดตามกระบวนการแอ . เงื่อนไขเบื้องต้นของความเร็วเป็นโมฆะ และความดันที่กำหนดขอบเขตเงื่อนไข ได้แก่ คงที่ ปกติความเร็วในเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อไหล ไม่ลื่น ที่ผนังด้านข้างและความดันที่เตาปฏิกรณ์ในเต้าเสียบ โดยตรง ( unfpack ) แก้คือใช้ การบรรจบกันของโซลูชั่นที่ได้รับฟีดสำหรับเงื่อนไขที่แตกต่างกัน ( ความเร็ว , Reynolds Number , อุณหภูมิ )ให้ตรวจสอบความเร็วและความดันโปรไฟล์ซึ่งถูกเก็บไว้ทีหลังแก้การพาและการแพร่กระจายและการถ่ายโอนความร้อนระบบของไหลเคลื่อนที่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ได้ ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันและกำหนดความเร็วของกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น เช่น การแสดงระดับโลกและ diffusivities ชนิดสมมติเหมือนกันเป็นผลจากความละเอียดของทั้งคู่ mef รูปแบบ , แปลงที่ร้านเครื่องปฏิกรณ์ได้สอดคล้องกับข้อมูลจากการทดลอง MEC ของ computacional Vol . kgm xxxii , P . kgm GS 1451-1461 ( Art íก้น completo )
Carlos G . กาโอ การ์ซีอา garino , มาร์ติน บัล อี mirasso มาริโอ . storti มิเกล . tornello ( แผนที่ )
เมนโดซา , อาร์เจนตินา , 19-22 พฤศจิกายน 2013