مدل‌سازی فرآیند واکنش به همراه نفوذ برای آنزیم‌ها در هندسه‌های مختلف کاتالیست‌های زیستی امولسیون‌شده با استفاده از روش‌های اختلال هوموتوپی، تقریب درجه سوم و عددی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 هیات علمی دانشگاه صنعت نفت..دانشکده نفت آبادان.

3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

در این تحقیق غلظت آنزیم نفوذ‌کننده در یک کاتالیست کروی امولسیون شده با حل معادله واکنش-نفوذ مورد بررسی قرار گرفته است. سینیتک فرض‌شده برای نفوذ آنزیم مکانیزم میکائلیس-منتن می باشد که معادله توزیع غلظت را تبدیل به یک معادله دیفرانسیل معمولی غیر خطی مرتبه دوم با ضرایب متغیر می‌کند. لذا برای حل این معادله روش‌های تحلیلی هوموتوپی، تقریب درجه سوم و عددی در نظر گرفته شده‌اند و از طریق مقایسه حل‌های تحلیلی و عددی نشان داده شده است که روش هوموتوپی به خوبی توزیع غلظت سیستم را پیش‌بینی کرده و نتایج آن انحراف بسیار کمی نسبت به حل عددی دارد. نتایج نشان می‌دهد که روش تقریب درجه سوم تنها در مقادیر بالای ثابت میکائلیس-منتن و مقادیر پایین مدول تیلی با داده‌های عددی منطبق است در حالی که حل هوموتوپی کاملاً در همه شرایط بر داده‌های عددی تطابق دارد. همچنین با روش هوموتوپی ضریب تاثیر نیز مورد بررسی قرار گرفت که مشخص گردید شرایط مطلوب جهت ضریب تاثیر بالا و می‌باشند. سپس برای دو مورد کاتالیست واقعی و آزمایشگاهی روش‌های تقریب درجه سوم و هوموتوپی با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه گردید و مشخص شد که در این حالات نیز حل هوموتوپی دقیق و حتی بهتر از حل تقریب درجه سوم عمل می‌کند. با استفاده از روش آشفتگی هوموتوپی غلظت بدون بعد برای هندسه‌های مختلف کاتالیست زیستی مانند؛ کاتالیزورهای کروی، استوانه‌ای و صفحه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. روش های حل مختلف با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است که حکایت از نزدیکی روش هوموتوپی به داده‌های آزمایشگاهی دارد. با مقایسه خطا در روش های مختلف در حالتی که روش های تقریب درجه سوم و تجزیه آدومین خطای قابل قبولی دارند روش هوموتوپی خطای نسبی کمتری دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات