Research Collection. Modelling, simulation and model validation for an axial-radial ammonia synthesis reactor. Doctoral Thesis.

Documenti analoghi
Research Collection. Statistical decisions based directly on the likelihood function. Doctoral Thesis. ETH Library. Author(s): Cattaneo, Marco E.G.V.

Research Collection. A low-power CMOS Bluetooth transceiver. Doctoral Thesis. ETH Library. Author(s): Beffa, Federico. Publication Date: 2003

Stepwise fragment condensation of polypeptides as a model for chemical evolution of biopolymers

Towards optimal approximations for firefighting and related problems

Numerical Heat and Mass Transfer

An integrated spatial optimization model for renewable energy

Research Collection. Ontogenic resistance in apple. Doctoral Thesis. ETH Library. Author(s): Gusberti, Michele. Publication Date: 2012

Research Collection. W physics with the L3 detector at LEP. Doctoral Thesis. ETH Library. Author(s): Campanelli, Mario. Publication Date: 1998

Research Collection. Solvent properties and their influence on carbohydrate conformation investigated using molecular dynamics simulations

A NOVEL FEM METHOD FOR PREDICTING INSTABILITY

Optimal Modelingand Drug

Nonlinear Dynamics in Chemical Systems. Distillation Columns and Aggregation Units.

Research Collection. Studio sul dosaggio delle sostanze amare nelle droghe vegetali. Doctoral Thesis. ETH Library. Author(s): Biaggini, Francesco

ENGINE COMPONENT DESIGN Cap. 7 AIAA AIRCRAFT ENGINE DESIGN R03-23/10/2013

Terahertz Spectroscopy of Two-Dimensional Nanostructures

EIII. Energy cost analysis in filament melt spinning. Swiss Federal Institute of Technology Zurich. Doctor of Technical Seiences

Utilizzo e valutazione dell'offerta pubblica e privata di servizi radiotelevisivi nel 2017

SOLAR GASIFICATION OF CARBONACEOUS MATERIALS REACTOR DESIGN, MODELING AND EXPERIMENTATION

Plowing of cartilage explants as mimetic system of the temporomandibular joint

Constant Propagation. A More Complex Semilattice A Nondistributive Framework

sottobasi per valvole a spola

Research Collection. Role of calcium-calmodulin in the regulation of cell proliferation identification of nuclear calmodulin targets.

Photochemical transformations in continuous flow devices

Measuring risk beyond the cash-additive paradigm

REGISTRATION GUIDE TO RESHELL SOFTWARE

Interpolation-Based Matrix Arithmetics for MIMO-OFDM Systems

Optmization Methods for Machine Learning. Gradient method for multilayer perceptron

Towards the reliable hybridization of electrochemical capacitors and rechargeable batteries

European Archive at ECMWF. Tiziana Paccagnella ARPA-SIMC, Italy

CONTROL FAN SYSTEM VENTILATORI BLOWERS. Sistemi di controllo Control Systems SISTEMA DI VENTILAZIONE SALA MACCHINE ENGINE ROOM VENTILATION SYSTEM

Online Resource 12: Dataset

LA SACRA BIBBIA: OSSIA L'ANTICO E IL NUOVO TESTAMENTO VERSIONE RIVEDUTA BY GIOVANNI LUZZI

Single-rate three-color marker (srtcm)

DESIGN - LAUREE MAGISTRALI MASTER DEGREE COURSES ESITO VALUTAZIONI PER LE AMMISSIONI AL CORSO DI LAUREA MAGISTRALE

Gene profiling of mouse models of peripheral neuropathies

AUIC - ARCHITETTURA LAUREE MAGISTRALI MASTER DEGREE COURSES

Computational Fluid Dynamics (CFD)

Università degli Studi di Napoli Federico II

ANALISI DI PANNELLI MURARI RINFORZATI CON FRP SOGGETTI A SOLLECITAZIONI DI TAGLIO

Fiori di campo. Conoscere, riconoscere e osservare tutte le specie di fiori selvatici più note

Research Collection. Physical interaction, aerial construction, and coordinated flight for flying machines. Doctoral Thesis.

A dissertation submitted to ETH ZURICH. for the degree of Doctor of Sciences. presented by DAVIDE MERCURIO

Monastero Pellestrina, Giardino Privato. Venezia - Pellestrina, Italia

WMP WMP RIDUTTORI COMBINATI COMBINATION GEARBOXES

Quality-by-Design nello sviluppo e scaleup di processi di liofilizzazione di farmaci LYO. Research Team

AVERE 30 ANNI E VIVERE CON LA MAMMA BIBLIOTECA BIETTI ITALIAN EDITION

GABBIE A RULLINI NEEDLE ROLLER AND CAGE ASSEMBLIES

<200 bar per il tipo AKN <300 per i tipi AKC-AKS-AKW

AUIC - ARCHITETTURA LAUREE MAGISTRALI MASTER DEGREE COURSES

AUIC - ARCHITETTURA LAUREE MAGISTRALI MASTER DEGREE COURSES

THINKING DIGITAL SYNCHRONIZING WITH THE FUTURE PENSIERO DIGITALE: SINCRONIZZARSI COL FUTURO

StreetLED A. StreetLED B. Outdoor. Outdoor. Esterno / Aree parcheggio / Piazzali Outdoor / Parking areas / Forecourts

Termostato / Thermostat

Feasibility study to measure time reversal invariance in polarized neutron decay

DESIGN - LAUREE MAGISTRALI MASTER DEGREE COURSES ESITO VALUTAZIONI PER LE AMMISSIONI AL CORSO DI LAUREA MAGISTRALE

WEB OF SCIENCE. COVERAGE: multidisciplinary TIME RANGE: DOCUMENT TYPES: articles, proceedings papers, books

AUIC - ARCHITETTURA LAUREE MAGISTRALI MASTER DEGREE COURSES

AUIC - ARCHITETTURA LAUREE MAGISTRALI MASTER DEGREE COURSES

Buxus Outdoor. Esterno / Illuminazione di facciate Outdoor / Facade illumination

Technical Guidelines GON % Italian production. sports car oriented

NDWMP. Motoriduttori CC combinati a magneti permanenti in neodimio Neodymium permanent magnets DC double reduction gearmotors NDWMP NDWMP

How to use volunteers' inspections to set priorities for the management of hydraulic structures? (Check dams in mountain basins)

LA LAMPADA srl viale dell industria 4b paderno dugnano - mi t f

Renewable energy. Power evolution

Scienze dello Sport e della Salute

Mechanisms controlling mitotic spindle formation and positioning

Service-like thermo-mechanical fatigue characteristics of 1CrMoV rotor steel

The role of virus-specific T helper cells for control of MCMV infection

Finite Model Theory / Descriptive Complexity: bin

0068-GAR-B TECNOCONTROL Srl Via Miglioli, SEGRATE (MI)

Scelta di uno scambiatore di calore serie aria /olio

/. ^y^cr-^a. Bandwidth and Energy Efficiency. Continuous-Phase Modulation. and Coding for. 2?.g. g& presented by Bixio E. Rimoldi. dipl. El. Ing.

NOTICE. Palladium Securities 1 S.A. Series 112 EUR 100,000,000 Fixed to Floating Rate Instruments due 2023 (with EUR

Research Collection. Modeling and compensation of the fuel path dynamics of a spark ignited engine. Doctoral Thesis. ETH Library

POSA ORO PELLEGRINI Perché installare con posa oro?

Customer Centric/Inquiry/E-bill. Tanya Enzminger

ESISTENZA DI INFINITI NUMERI PRIMI REGOLARI. Francesco Di Noto, Michele Nardelli. In this paper we describe about the regular prime

HIGH BYPASS RATIO TURBOFAN ENGINE App. J AIAA AIRCRAFT ENGINE DESIGN

ECP ECP PERMANENT MAGNETS D.C. PLANETARY GEARMOTORS. Distributor: 0913A. Pag. Page

Emotion shower system, l emozione di vivere un esperienza nuova. Forme eleganti, linee armoniose, soluzioni tecniche innovative e materiali all avangu

How to register online for exams (Appelli) Version updated on 23/10/2017

Importance of initial soil moisture conditions for flood prediction through H SAF products

Creep-Fatigue and Small Punch Creep in Gas Turbine Hot Gas Path Materials

Perdite di carico per attraversamento / Load losses due to crossing

Self-Calibration Hands-on CASA introduction

THE CAST GROUP

Emissions-Controlled Diesel Engine

IRPPS Working Papers. Indagine su atteggiamenti e conoscenze di docenti e studenti nel corso del progetto:

WELCOME UNIPA REGISTRATION:

Cambridge International Examinations Cambridge International General Certificate of Secondary Education

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TORINO

UNIVERSITÀ DI PISA. Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria Meccanica Tesi di laurea. TITOLO della TESI. Candidato Massimiliano Mannozzi

Canti Popolari delle Isole Eolie e di Altri Luoghi di Sicilia (Italian Edition)

07/02/2011. Elementi di Biomeccanica Statica, Cinetica, Esercizi sull analisi delle forze. Mechanics. Statics constant state of motion

Appassionati di Tecnologia del Calore

LA LAMPADA srl viale dell industria 4b paderno dugnano - mi t f

Una Ricerca Erboristica (Italian Edition)

LABORATORIO ELETTROFISICO YOUR MAGNETIC PARTNER SINCE 1959

Transcript:

Research Collection Doctoral Thesis Modelling, simulation and model validation for an axial-radial ammonia synthesis reactor Author(s): Zardi, Federico Publication Date: 1992 Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000693059 Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library

Diss. ETH No. 9719 Modelling, Simulation and Model Validation for an Axial-Radial Ammonia Synthesis Reactor A dissertation submitted to the SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZURICH for the degree of Doctor of Technical Sciences presented by FEDERICO ZARDI dipl. Chem. Ing. ETH born January 28, 1962 citizen of Italy accepted on the recommendation of Prof. Dr. D.W.T Rippin, examiner Prof. Dr. D. Bonvin,co-examiner Prof. Dr. A. Baiker, co-examiner 1992

ABSTRACT Ammonia Casale, a Swiss company active in the design and retrofit of ammonia reactors, has developed a new type axial-radial reactor is of fixed-bed reactor. The characterized by a gas-flow configuration which is hybrid between the classical axial and radial flow configurations. A number of these reactors have been installed, and they show a remark able productivity improvement over the classical designs. This study is aimed at modelling axial-radial reactors, simulating their steady-state behavior, and validating the model by comparing its predictions with experimental data. Because of the particular flow configuration, a two-dimensional mod eling approach is necessary. This makes the simulation of axial-radial reactors by far much more complicated than other reactor types. fact, simultaneous solution of 2-dimensional momentum balance, mass balance and heat balance equations is required. A new solution approach has been developed which splits the partial differential equation system into two subsystems, using for each one the most suited solution method. Hence, the efficiency of the global solu tion method is higher. The first subsystem consists of the continuity and momentum balance equations for given composition and temper ature profiles. Two-dimensional collocation on finite elements is used for obtaining the numerical solution of that subsystem. subsystem includes the mass and energy balance equations for pressure profile and velocity field. In The second given Alternately, the collocation or the finite difference method is used together with an integration method to solve the second subsystem. Since the two subsystems are coupled, an appropriately-devised iteration scheme is proposed to solve the complete system. The solution of the continuity and momentum balance equations is highly sensitive to the choice of appropriate boundary conditions. The solution of the mass and energy balance equations, on the other hand, is sensitive to the choice of the spatial coordinate that is integrated, the other being discretized. This choice is not global but may change spatially according to the geometry of the reactor. Boundary conditions and discretization issues are discussed in detail. The solution method is tested for an ammonia synthesis reactor and validated with industrial data. Due to the limited number of available

measurements in industrial reactors and the many parameters involved in the model, rigorous parameter fitting was not attempted. Neverthe less, satisfactory model prediction was obtained. The influence of the geometrical parameters and of the operating conditions on the model prediction was investigated through case stud ies.

SOMMARIO L'AMMONIA CASALE, ditta svizzera specializzata neua progettazione e ammodernamento di reattori per la produzione dell'ammoniaca, ha sviluppato un nuovo tipo di reattore a letto fisso detto assial-radiale. Questo nuovo tipo di configurazione e' caratterizzato da un'andamento del flusso del gas attraverso il letto catalitico che risulta essere un ibrido tra il flusso puramente assiale e quello puramente radiale. Introdotto in vari impianti questo nuovo tipo di reattore, si e' dimostrato essere piu' efficiente rispetto alle configurazioni classiche. Questo lavoro sviluppa un modello per la simulazione del comportamento di un reattore assial-radiale in stato stazionario, modello che viene poi convalidato simulando reattori esistenti. Rispetto ad altri tipi di reattori la modellistica dei reattori assialradiale e' resa molto piu' complessa dal fatto che necessita un approccio bidimensionale. Le equazioni di bilancio di materia, calore e quantita' di moto devono infatti venire risolte usando un sistema di coordinate a due dimensioni. In questo studio e' stato messo a punto un nuovo metodo di soluzione che divide il sistema di equazioni differenziali parziali in due sottosistemi e usa per ognuno il metodo di risoluzione piu' appropriato. In questa maniera, l'efficienza del metodo di risoluzione globale si awicina all'ottimo. Uno dei due sottosistemi e' composto dall'equazioni di continuita' generate e di bilancio della quantita' di moto in cui vengono fissati i profili di concentrazione e temperatura. Un metodo di collocazione bidimensionale su elementi finiti e' usato per la soluzione numerica di questo primo sottosistema. D. secondo sottosistema comprende le equazioni di bilancio di mate ria e dell'energia assumendo costanti il profilo di pressione e il campo di velocita'. Per risolvere questo secondo sottosistema il metodo di collocazione e quello delle differenze finite vengono usati alternativamente per la discretizzazione di una direzione integrando poi neu'altra direzione. Poiche' due sottosistemi sono accoppiati e' stato sviluppato una schema di soluzione iterativo che permette di risolvere il plete sistema com La soluzione del primo sottosistema e' molto sensibile alia scelta delle condizioni al contorno. La soluzione delle equazioni dei bilanci di

materia e di energia, al contrario, e' sensibile alia scelta della coordinata lungo cui dicretizzare per poi integrare lungo l'altra. Questa scelta non e' globale ma varia da zona a zona. La scelta delle condizioni al contorno e della direzione da discretizzare sono discusse dettagliatamente. H metodo di soluzione e' testato simulando un reattore per la sintesi deltammoniaca e convalidato confrontando i risultati con dati industri al!. A causa del numero limitato di punti di misura nei reattori industri al! e del notevole numero di parametri del modello, una identificazione di quest'ultimi non e' stata, di proposito, nemmeno tentata. Si e' ottenuta comunque una riproduzione soddisfacente dei dati misurati. Inoltre e' stata studiata anche l'influenza della geometria del letto catalitico e delle condizioni operative sulla risposta del modello.