بررسی انتقال حرارت ذرات پلیمری در راکتور پلیمریزاسیون فاز گازی با تحلیل CFD

چکیده

در این مقاله از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای بررسی انتقال حرارت از ذرات پلیمر، در راکتورهای فاز گازی پلیمریزاسیون الفین‌ها، تحت شرایط مختلف استفاده شده است. در این بررسی نشان داده شده است که روابط کلاسیک، مثل رابطه Ranz-Marshall، برای حالتی که ذرات پلیمر روی یکدیگر، برهمکنش ندارند، دقیق می‌باشد. اما زمانی‌که برهمکنش ذرات پلیمر در نظر گرفته می‌شود، این روابط در محاسبه مقدار انتقال حرارت دارای خطای زیادی می‌با‌شند. اثر پارامترهای مختلف، همانند قطر ذرات، سرعت گاز و شکل ذرات پلیمر بر روی مقدار ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. همچنین اثر پیکربندی و فاصله ذرات از یکدیگر بر مقدار عدد Nu روی سطح ذره پلیمری نیز آورده شده است. با انجام شبیه‌سازی CFD و بررسی نتایج، نشان داده شده است که انتقال حرارت جابجایی تنها عامل انتقال حرارت از ذرات ریز پلیمر با فعالیت زیاد نیست و انتقال حرارت هدایتی در ذرات ریز پلیمر نیز حائز اهمیت است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Heat Transfer from Polymer Particles in Gas Phase Polymerization Reactors with CFD Analysis

چکیده [English]

In this paper, heat transfer from polymer particles under different conditions of gas phase polymerization reactor has been investigated applying computational fluid dynamic (CFD) technique. In this study, it has been shown that classic correlations such as Ranz-Marshall are sufficiently adequate when polymer particles with no interaction are to be modeled. However, when polymer particles have interactions these correlations are not satisfactory. The influence of particles diameter, gas flow rate and polymer particle shape on heat transfer coefficient are investigated. The effects of particles configurations and their distance from each other on the value of Nusslet number at polymer particles surface were also investigated. CFD simulation results showed for heat transfer on small polymer particles with high activity both convective and conductive heat transfer mechanisms are effective and important

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational Fluid Dynamics (CFD)
  • Heat Transfer
  • Olefin Polymerization
[6] H. Yiannoulakis, A. Yiagopoulos, C. Kiparissides, Recent developments in the particle size distribution modeling of fluidized-bed olefin polymerization reactors, Chem. Eng. Sci., 56, 917-925, 2001.

[7] T.F. McKenna, D. Cokljat, R. Spitz, D. Schweich, Modeling of heat and mass transfer during the polymerization of olefins on heterogeneous Ziegler catalysts, Catalysis Today, Vol. 48, 101-108, 1999.

[8] T.F. McKenna, J.B.P. Soares, Single particle modeling for olefin polymerization on supported catalysts: A review and proposals for future developments, Chemical Engineering Science, Vol. 56, 3931–3949, 2001.

[9] T.F. McKenna, E.J.G. Eriksson, Heat-Transfer Phenomena in Gas-Phase Olefin Polymerization Using Computational Fluid Dynamics, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 43, 7251-7260, 2004.

[10] S. Floyd, K.Y. Choi, T. W. Taylor, and W. H. Ray, Polymerization of Olefins Through Heterogeneous Catalysis. IV. Modeling of Heat and Mass Transfer Resistance in the Polymer Particle Boundary Layer, J. Appl. Poly. Sci., Vol. 31, 2231-2265, 1986.

[11] T.F. McKenna, J. DuPuy, and R. Spitz, Modeling of Transfer Phenomena on Heterogeneous Ziegler Catalysts: Differences between Theory and Experiment, an Introduction, J. Appl. Poly. Sci., 57, 371, 1995.

[12] A. Bejan, Convection heat transfer, Second edition, John Willey & Sons, 1995.

 

[1] H. Hatzantonis, H. Yiannoulakis, A. Yiagopoulos, C. Kiparissides, Recent developments in modeling gas-phase catalyzed olefin polymerization fluidized-bed reactors: The effect of bubble size variation on the reactor's performance, Chemical Engineering Science, 55, 3237-3259, 2000.

[2] T.F. McKenna, D. Cokljat, and P. Wild, CFD Modeling of Heat Transfer During Gas Phase Olefin Polymerization, Comput. Chem. Eng., 22, S285-S292, 1998.

[3] T.F. McKenna, R. Spltz, and R. Cokljat, Heat Transfer from Catalysts with Computational Fluid Dynamics, AIChE Journal, Vol. 45, No. 11, 2392-241, 1999.

[4] R. Fan, D.L. Marchisio, R. O. Fox, Application of the direct quadrature method of moments to polydisperse gas - solid fluidized beds, Powder Technology, 139, 7–20, 2004.

[5] H. Hatzantonis, A. Goulas, C. Kiparissides, A comprehensive model for the prediction of particle-size distribution in catalyzed olefin polymerization ßuidized-bed reactors, Chem. Eng. Sci., Vol. 53, No. 18, pp. 3251-3267, 1998.