AbstractA mathematical model has been developed to analyze the behavior of a composite or integrated membrane—fixed bed tubular reactor by considering the catalytic reaction of water with carbon monoxide. Such a reaction is a typical example of an equilibrium controlled reaction, where the conversion is enhanced when one of the products (i.e. the hydrogen) is removed selectively from the reactor. The application considered for such a reactor concept is that of tritium recovery from the solid blanket purge gas and/or from the plasma exhaust gas of a fusion reactor, where a small number of process components, modularity and continuous operations are required. The analysis has been performed taking into account that parameters such as the hydrogen gas diffusion coefficient, film mass transfer resistance and gas linear velocity are not constant along the reactor axis. In an adiabatic reactor, the gas specific heat, temperature and the kinetic parameters are not constant. For this reason, the reactor has been assumed as a series of tubular catalytic membrane reactors. The results show that, with proper optimization, it is possible to achieve very high conversion.
抄録 複合膜—固定床管型反応器の挙動を解析するための数学モデルが、一酸化炭素と水の触媒反応を考慮することによって開発された。このような反応は平衡制御反応の典型的な例であり、生成物の一つ（すなわち水素）が反応器から選択的に除去されると転化率が向上する。検討対象とした反応器の用途は、核融合炉の固体ブランケットパージガスおよび/またはプラズマ排気ガスからのトリチウム回収であり、そこでは少数の構成要素、モジュール性、および連続運転が要求される。解析は、水素ガスの拡散係数、膜の細孔内拡散係数、膜厚、触媒充填層の高さ、ガス線速度、および入口温度などのパラメータが反応器軸に沿って一定ではないことを考慮して実施された。断熱反応器内では、ガスの比熱、温度、および速度パラメータが軸方向に変化するため、反応器は一連の管型触媒膜反応器としてモデル化された。結果は、適切な運転条件の最適化により、非常に高い転化率が達成可能であることを示している。