13596

13596

شبيه‌سازيCFD راكتور پيروليز ضايعات پليمري

كارشناسي ارشد

شيمي - طراحي، شبيه‌سازي و كنترل فرآيندها

آبان ماه 1393

آبان ماه 1393

دكتر سيد حسن هاشم‌آبادي

چكيده استفاده از فرايند پيروليز يكي از بهترين روش‌ها براي مديريت ضايعات پليمرياست كه علاوه بر كاهش مخاطرات زيست‌محيطي ناشي از ورود آن‌ها به محيط، از نظر اقتصادي نيز مقرون‌به‌صرفه بوده و مي‌تواند بخشي از نياز سوخت جامعه را تأمين كند. بر اين اساس درك مكانيسم عملكرد و رخداد واكنش‌هاي صورت گرفته و پديده‌هاي انتقال در آن، جهت بهبود و بهينه‌سازي فرايند ضروري به نظر مي‌رسد. در همين راستا در پژوهش حاضر، فرايند پيروليز ضايعات پليمري در يك راكتور دوار با روش ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) شبيه‌سازي گرديد. بدين منظور از رويكرد اويلري – اويلري همراه با نظريه‌ي جنبشي جريان‌هايدانه‌اي براي شبيه‌سازي اين سيستم چند فازي و تعاملات بين فازها استفاده شد. جهت بررسي دقيق فرايند پيروليز، هيدروديناميك بستر جامد دوار، انتقال حرارت در اين بستر و نهايتاًواكنش‌هاي پيروليز با در نظر گرفتن يك مدل سينتيكي دقيق بر اساس كار ديگر پژوهشگران، به‌صورتجداگانه مورد بررسي قرار گرفتند. صحت مدل CFD توسعه داده‌شده براي بخش‌هاي مختلف شبيه‌سازي، با مقايسه نتايج حاصل از آن با پژوهش‌هاي آزمايشگاهي و عددي موجود در اين حوزه مورد تأييدقرار گرفت. درنهايتتأثير سرعت چرخش ديواره، اندازه و چگالي ذرات جامد و ميزان پرشدگي بر هيدروديناميك بستر بررسي شد. همچنينتأثير سرعت چرخش ديواره، ويژگي‌هاي گرمايي فازهاي جامد و گاز و ميزان پرشدگي بر انتقال حرارت در بستر و تأثير سرعت چرخش و دماي واكنش بر مصرف ضايعات پليمري و توزيع محصولات در راكتور حين واكنش پيروليز، مورد بررسي و واكاوي دقيق علميقرار گرفت. نتايج نشان داد شبيه‌سازيCFD قابليت بالايي در پيش‌بيني رفتار هيدروديناميكي بستر دوار جامد، انتقال حرارت و واكنش پيروليز در اين بستر دارد. بر اين اساس با افزايش سرعت چرخش ديواره كه يكي از پارامترهاي اصلي و تأثيرگذار در اين سيستم است، سرعت ذرات در تمامي نواحي بستر و اختلاط ذرات افزايش مي يابد. البته در اين حالت دماي ميانگين بستر با نرخ كمتري نسبت به سرعت‌هاي پايين چرخش، افزايش مي‌يابد. همچنين افزايش اين پارامتر بعلاوه ي افزايش در دماي واكنش باعث افزايش نرخ تجزيه‌ي پليمر اوليه مي‌شود و تأثير زيادي بر فرايند دارد. علاوه بر اين دو پارامتر، در پژوهش حاضر تأثيرديگر پارامترهاي اساسي موردبررسي قرار گرفته است. واژه‌هاي كليدي:پيروليز، راكتور دوار، شبيه¬سازي CFD، هيدروديناميك، انتقال حرارت، ضايعات پليمري