21133

۲۱۱۳۳

طراحي و ساخت راكتور كاويتاسيون هيدروديناميك براي تقويت واكنشهاي اكسيداسيون پيشرفته

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۰۳/۰۸

دكتر محمد تقي صادقي

مهندسي شيمي

توانايي كاويتاسيون براي آزاد كردن انرژي در شكلي مطلوب و تمركز يافته و در مقياس¬هاي طولي و زماني، آن را به يك ابزار جذاب براي تغيير شكل و انتقال انرژي تبديل مي¬كند. فرآيندهاي مبتني بر فناوري كاويتاسيون هيدروديناميك، نسل نسبتا جديدتر فرآيندهاي اكسايش پيشرفته مي¬باشند كه در سال¬هاي اخير مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. كاويتاسيون هيدروديناميك انعطاف¬پذيري بالايي از نظر شرايط عملياتي و هندسي دارا مي¬باشد و با بهينه¬سازي درست آن مي¬توان به بازدهي بالايي از انرژي رسيد. اين مطالعه با هدف طراحي و ساخت راكتور كاويتاسيون هيدروديناميك به منظور بهبود عملكرد آن در رنگ¬بري پساب حاوي رنگ سرخ كنگو انجام گرفته است. طراحي ونتوري با استفاده از شبيه¬سازي CFD صورت گرفت و عملكرد آن از طريق ساخت مورد مطالعه قرار گرفته شد. از بين پارامترهاي عملياتي، اثر فشار ورودي در دو بخش آزمايشگاهي و شبيه¬سازي مطالعه شد و وجود نقطه بهينه براي رسيدن به حداكثر نرخ رنگ¬زدايي در همه هندسه¬هاي انتخابي مشاهده گرديد. پارامترهاي هندسي موثر بر عملكرد ونتوري كاويتاسيوني از طريق روش سطح پاسخ و شبيه¬سازي CFD بررسي شده است. بر اساس نتايج حاصل، زاويه واگرايي خروجي موثرترين متغير هندسي به شمار مي¬آيد. زاويه همگرايي ورودي برابر با °7/22، طول گلوگاه برابر با 4 ميلي¬متر و زاويه واگرايي خروجي برابر با °5/6 بيشترين طول منطقه كاويتاسيون را در شبيه¬سازي¬هاي صورت گرفته تشكيل مي¬دهند. جهت بررسي صحت عملكرد هندسه بهينه پيشنهادي، پس از ساخت، نرخ رنگ¬بري آن در بخش آزمايشگاهي ارزيابي و با انواع صفحات اريفيس در مساحت جريان يكسان، مقايسه شد. بر مبناي مشاهدات، ونتوري كاويتاسيوني در زمان عملياتي برابر با 60 دقيقه داراي حداكثر نرخ رنگ¬بري %8/38 در فشار بهينه 5 بار مي¬باشد. همچنين در ميان راكتورهاي صفحه اريفيس، اريفيس با 33 سوراخ داراي بيشترين نرخ رنگ¬بري برابر با %2/26 در فشار بهينه 5 بار است. اثر هم¬افزايي فرآيند كاويتاسيون هيدروديناميك و فنتون بر نرخ رنگ¬بري در هندسه¬هاي مختلف نيز مطالعه شده است. بعد از گذشت 60 دقيقه نرخ رنگ¬بري سرخ كنگو در ونتوري، اريفيس 33 سوراخ و اريفيس تك سوراخ به ترتيب برابر با %2/65، %7/58، %35/49 است كه موثر بودن تركيب اين دو فرآيند با هدف رسيدن به حداكثر نرخ رنگ¬بري را نشان مي¬دهد.

1398/07/10

Design and Fabrication of Hydrodynamic Cavitation Reactor for Intensification of Advanced Oxidation Reactoins

5/28/2020 12:00:00 AM

In the present work, design and fabrication of hydrodynamic cavitation reactor for decolorisation of Congo red, azoic dye, has been investigated. Two type cavitating devices i.e. venturi and orifice plate alone and combination with Fenton precess has been used. A series of operational and geometrical parameters play an important role in the performance of cavitation reactors. The effects of design parametes can be treated as a basis for optimization of a venturi reactor. In this work, the Box–Behnken design as a subset of the response surface methodology (RSM) and CFD simulation have been employed to find the optimum geometry of venturi and to analyze the effects of different geometrical parameters on the performance of venturi reactor. A maximum cavitation zone has been achieved with the half angle of convergence section of 22.7°, length of throat of 4 mm, and the half angle of divergence section of 6.5°. Then, the venturi evaluated experimentally and has been compared with four type orifice plates. Also, the length of cavitation zone in the experimental section is compared with simulation results. A maximum decolorization of 38.8% has been achieved using venturi reactor due to smooth convergent and divergent section. The effect of operational conditions i.e. the inlet pressure on the decolorization has also been investigated. Each geometry has a unique optimum inlet pressure. The optimum inlet pressure of venturi is 5 bar. Combination of cavitation and Fenton results in 65.2% decolorisation in venturi, 58.7% in 33 holes orifice plate, 49.35% in one hole orifice plate with 60 min reaction time