بهینه سازی فرایند اکسایش کاتالیستی مونوکسیدکربن به روش سطح پاسخ

هدف از این پژوهش، مدل‌سازی و بهینه کردن پارامترهای عملیاتی موثر در فرایند اکسایش کاتالیستی گاز مونوکسیدکربن با استفاده از کاتالیست 15 درصد وزنی اکسید کبالت اکسید سریم با نسبت وزنی 1.5 از فلزکبالت به سریم بر پایه نانولوله‌های کربنی چند دیواره به روش برنامه طراحی آزمایش سطح پاسخ است. بدین منظور تعداد سی آزمایش با استفاده از طراحی مرکب مرکزی توسط نرم‌افزار design expert 7.0.0 انجام شد که چهار پارامتر آزمایشگاهی دما، غلظت مونوکسیدکربن، غلظت اکسیژن و سرعت فضایی در پنج سطح (2+ ،1+ ،0،1 ،2) به عنوان متغیرهای مستقل انتخاب شدند. نتایج طراحی آزمایش، حاکی از صحت استفاده از یک معادله درجه دوم بین درصد تبدیل گاز مونوکسیدکربن (متغیر پاسخ) و چهار متغیر مستقل است. داده‌های حاصل از روش سطح پاسخ نشان داد که درصد تبدیل به طور موثری تحت تاثیر متغیرهای دمای فرایند و غلظت گاز اکسیژن در خوراک ورودی است. مقادیر بهینه پارامترهای مورد مطالعه برای رسیدن به درصد تبدیل 100% مونوکسیدکربن به دی‌اکسیدکربن تحت فرایند اکسایش کاتالیستی، بدین قرار است: دما= c°200، غلظت مونوکسیدکربن=ppm 780، غلظت اکسیژن= .%vol 5.25، سرعت فضایی= h1 10000. آنالیز واریانس نشان داد که ضریب همبستگی بالایی برابر با 0.9994=r^2 بین داده‌های آزمایشگاهی و مقادیر پیش‌بینی شده از مدل فرضی برای متغیر پاسخ برقرار بوده که بیانگر صحت استفاده از مدل فرضی برای کاتالیست ساخته شده در محدوده شرایط عملیاتی مورد استفاده است.

Optimization of the Catalytic Oxidation of Carbon Monoxide by Response Surface Method

The objective of this research is to model and optimize the effective operation parameters of catalytic oxidation of carbon monoxide (CO) using 15 wt.% cobaltcerium oxide with weight ratio of cobalt to cerium=1.5 supported by multiwalled carbon nanotubes by response surface method. Therefore, 30 sets of experiments were employed to evaluate the influence of the four independent variables including temperature, gas hourly space velocity, O2 concentration, and CO concentration in 5 levels (2, 1, 0,+1, +2). The experimental design results showed that there is a quadratic model as a functional relationship between CO conversion (response variable) and four independent variables. The data from response surface method explored that CO conversion was highly affected by temperature and O2 concentration. The optimum amounts of the effective parameters for 100% conversion of CO were followed as: temperature= 200 °C, CO concentration =780 ppm, O2 concentration =5.25 vol.%,  and Gas hourly space velocity= 10000 h1. Analysis of variance with R2 value of 0.9994 showed a satisfactory correlation between the experimental data and predicted values for conversion of carbon monoxide.