دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز
| تاریخ ارسال: 1398/2/17 |
چکیده
در این تحقیق شبیهسازی راکتور دوّار برای پیرولیز ضایعات مطالعه شده است. تایر فرسوده به عنوان یکی از ضایعات پلیمری انتخاب گردید. به این منظور از دو دیدگاه روش المان گسسته و روش اولرین استفاده گردید. با توجه به اینکه بازدهی و عملکرد راکتور دوّار تحت تأثیر رفتار ذرات جامد در داخل بستر است، ابتدا هیدرودینامیک راکتور با دو دیدگاه اعتبار سنجی و مطالعه شد. تأثیر پارامترهای مهم عملیاتی از قبیل سرعت دوران و مقدار پرشدگی بستر بر روی رفتار ذرات جامد بررسی گردید. همچنین پدیده جدایش ذرات جامد در اثر اختلاف قطر ذرات و پدیده چسبندگی با دیدگاه روش المان گسسته موردمطالعه قرار گرفت. عملکرد راکتور دوّار پیرولیز تحت تأثیر توزیع دما و انتقال حرارت نیز است؛ بنابراین، در مرحله بعدی انتقال بستر دوّار با کمک دو دیدگاه روش المان گسسته به همراه مدل انتقال حرارت هدایتی و روش اولرین به همراه نظریه جنبشی ذرات دانه‌‌ای و معادله انتقال حرارت مطالعه گردید. در دیدگاه روش المان گسسته، برای درک بهتر، ابتدا اختلاط حرارتی شبیه‌سازی‌شده و اثرات اختلاط فیزیکی بر روی اختلاط حرارتی بررسی شد. همچنین مدل دینامیک ذراتی به‌دست‌آمده برای بستر جامد با قطرهای مختلف در انتقال حرارت نیز توسعه داده شد. با توجه به اینکه در شبیهسازی راکتور دوّار پیرولیزی انتخاب مدل سینتیکی حائز اهمیت است، ابتدا مطالعات آزمایشگاهی پیرولیز تایر فرسوده در راکتور دوّار انجام گرفت. این مطالعات تحت شرایط اتمسفر نیتروژن و در دامنه‌ای وسیعی از دمای عملیاتی (از 400 تا 1050 درجه سانتیگراد) صورت گرفت. مقدار مایع، گاز و جامد تولیدشده در فرآیند پیرولیز گزارش شد. نتایج نشان میدهد که با افزایش دما کسر جرمی مایع تولید تا دمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد افزایش و سپس کاهش می‌یابد، درحالی‌که با افزایش دما میزان کسر جرمی گاز تولیدشده افزایش‌یافته ولی مقدار کسر جرمی ته‌‌مانده جامد تولیدشده کاهش می‌یابد. در ادامه، با استفاده از داده آزمایشگاهی، ضرایب مدل سینتیکی بهینه‌سازی گردید. با استفاده از این ضرایب، شبیهسازی CFD راکتور پیرولیز صورت گرفت. اثر گرمای واکنش بر میزان پیشرفت واکنش مطالعه گردید. نتایج نشان میدهد که ضریب انتقال حرارت تاثیر زیادی بر روی میزان انتقال حرارت دارد برای مثال زمانی که ضریب انتقال حرارت از مقدار 5 به 100
افزایش یابد، زمان لازم برای سیدن به درصد پیشرفت واکنش 95/0، از 165 به 92 دقیقه کاهش خواهد یافت. همچنین با افزایش دمای راکتور از 600 به 950 درجه سانتی گراد و ثابت ماندن سایر شرایط واکنش، زمان از 94 به 27 ثانیه برای رسیدن به درصد تبدیل 95/0 کاهش خواهد یافت.
واژه‌های کلیدی: راکتور دوّار پیرولیز، روش المان گسسته، شبیهسازی CFD، پیرولیز تایر فرسوده، بستر دوّار
در این تحقیق شبیهسازی راکتور دوّار برای پیرولیز ضایعات مطالعه شده است. تایر فرسوده به عنوان یکی از ضایعات پلیمری انتخاب گردید. به این منظور از دو دیدگاه روش المان گسسته و روش اولرین استفاده گردید. با توجه به اینکه بازدهی و عملکرد راکتور دوّار تحت تأثیر رفتار ذرات جامد در داخل بستر است، ابتدا هیدرودینامیک راکتور با دو دیدگاه اعتبار سنجی و مطالعه شد. تأثیر پارامترهای مهم عملیاتی از قبیل سرعت دوران و مقدار پرشدگی بستر بر روی رفتار ذرات جامد بررسی گردید. همچنین پدیده جدایش ذرات جامد در اثر اختلاف قطر ذرات و پدیده چسبندگی با دیدگاه روش المان گسسته موردمطالعه قرار گرفت. عملکرد راکتور دوّار پیرولیز تحت تأثیر توزیع دما و انتقال حرارت نیز است؛ بنابراین، در مرحله بعدی انتقال بستر دوّار با کمک دو دیدگاه روش المان گسسته به همراه مدل انتقال حرارت هدایتی و روش اولرین به همراه نظریه جنبشی ذرات دانه‌‌ای و معادله انتقال حرارت مطالعه گردید. در دیدگاه روش المان گسسته، برای درک بهتر، ابتدا اختلاط حرارتی شبیه‌سازی‌شده و اثرات اختلاط فیزیکی بر روی اختلاط حرارتی بررسی شد. همچنین مدل دینامیک ذراتی به‌دست‌آمده برای بستر جامد با قطرهای مختلف در انتقال حرارت نیز توسعه داده شد. با توجه به اینکه در شبیهسازی راکتور دوّار پیرولیزی انتخاب مدل سینتیکی حائز اهمیت است، ابتدا مطالعات آزمایشگاهی پیرولیز تایر فرسوده در راکتور دوّار انجام گرفت. این مطالعات تحت شرایط اتمسفر نیتروژن و در دامنه‌ای وسیعی از دمای عملیاتی (از 400 تا 1050 درجه سانتیگراد) صورت گرفت. مقدار مایع، گاز و جامد تولیدشده در فرآیند پیرولیز گزارش شد. نتایج نشان میدهد که با افزایش دما کسر جرمی مایع تولید تا دمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد افزایش و سپس کاهش می‌یابد، درحالی‌که با افزایش دما میزان کسر جرمی گاز تولیدشده افزایش‌یافته ولی مقدار کسر جرمی ته‌‌مانده جامد تولیدشده کاهش می‌یابد. در ادامه، با استفاده از داده آزمایشگاهی، ضرایب مدل سینتیکی بهینه‌سازی گردید. با استفاده از این ضرایب، شبیهسازی CFD راکتور پیرولیز صورت گرفت. اثر گرمای واکنش بر میزان پیشرفت واکنش مطالعه گردید. نتایج نشان میدهد که ضریب انتقال حرارت تاثیر زیادی بر روی میزان انتقال حرارت دارد برای مثال زمانی که ضریب انتقال حرارت از مقدار 5 به 100
افزایش یابد، زمان لازم برای سیدن به درصد پیشرفت واکنش 95/0، از 165 به 92 دقیقه کاهش خواهد یافت. همچنین با افزایش دمای راکتور از 600 به 950 درجه سانتی گراد و ثابت ماندن سایر شرایط واکنش، زمان از 94 به 27 ثانیه برای رسیدن به درصد تبدیل 95/0 کاهش خواهد یافت.واژه‌های کلیدی: راکتور دوّار پیرولیز، روش المان گسسته، شبیهسازی CFD، پیرولیز تایر فرسوده، بستر دوّار
دفعات مشاهده: 5572 بار |
دفعات چاپ: 639 بار |
دفعات ارسال به دیگران: 0 بار |
0 نظر