พลศาสตร์การไหลและการถ่ายเทความร้อนของก๊าซผสมสำหรับกระบวนการฟิชเชอร์ทรอปซ์ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่งที่ติดตั้งตัวผสมสถิต (Flow Dynamics and Heat Transfers of Mixed-Gas in Fischer-Tropsch Process: Design of Fixed-Bed Reactor Equipped with Static-Mixers)

Abstract

กระบวนการฟิชเชอร์ทรอปซ์ (Fischer-Tropsch Synthesis) เป็นแนวทางหนึ่งในการผลิตเชื้อเพลิงเหลวสังเคราะห์จากชีวมวล ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนในช่วงเบนซิน คีโรซีน ดีเซล หรือแว๊กซ์ ที่ปราศจากโลหะหนักเจือปน ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งาน ทั้งนี้กระบวนการฟิชเชอร์ทรอปซ์เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนซึ่งส่งผลต่อการเกิดผลิตภัณฑ์ จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนของปฏิกิริยาเพื่อควบคุมอุณหภูมิของระบบให้สม่ำเสมอและอยู่ในช่วงที่เหมาะสมต่อการดำเนินปฏิกิริยา ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์สำคัญในอันที่จะศึกษาถึงพลศาสตร์การไหลและสนามของอุณหภูมิของระบบก๊าซภายในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่งที่ติดตั้งตัวผสมสถิตบางประเภท เพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งจากผลการคำนวณเชิงตัวเลขพบว่า การติดตั้งตัวผสมสถิตแบบครึ่งวงกลมสองแผ่นแทยงเหนี่ยวนำให้เกิดฟลักซ์การถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสมและควบคุมให้อุณหภูมิเฉลี่ยของก๊าซมีค่าต่ำที่สุด ซึ่งอยู่ในช่วงที่เหมาะสมต่อการดำเนินปฏิกิริยาฟิชเชอร์ทรอปซ์

Fischer-Tropsch (FT) synthesis is one of the major processes in a production of synthesis liquid fuel from biomass. Depending upon the catalyst used, the liquid product normally composes of hydrocarbon compounds in a range of gasoline, kerosene, diesel or wax without trace of heavy metals. Since the FT-synthesis is the exothermic reaction, the released heat affects the characteristics of the production. It requires a proper cooling in order to maintain the temperature level and induce the uniform temperature field. Therefore, the present work aims to investigate the flow dynamics and the temperature distribution of the mixed gas within the reactor bed installed with certain types of static mixers, and to apply the results as a guideline in the reactor design. From the simulation results, the installation of double-semicircle static mixers induces a proper convective flux and low temperature level suitable for the Fischer-Tropsch reaction.