27573

مدلسازي و شبيه‌سازي هيدروديناميك و سينتيك تجزيه در راكتور فوتوكاتاليستي دوغابي با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1398

1401/06/27

دكتر شاهرخ شاه حسيني-دكتر زهرا صادقيان

دكتر مسعود رحيمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

علي¬رغم تحقيقات صورت گرفته به طور آزمايشگاهي، تحقيقات شبيه¬سازي اندكي در ارتباط با اين نوع از راكتورها وجود دارد. هدف از انجام اين تحقيق بررسي و شبيه¬سازي راكتور فوتوكاتاليستي به منظور شناخت محدوديت¬هاي موجود در اين راكتورها و برطرف كردن آن¬ها است. در تحقيقات پيشين بيشتر از راكتورهاي در حالت پيوسته استفاده كرده¬اند اما در اين تحقيق هيدروديناميك، سينتيك تجزيه و تشعشع در يك راكتور ناپيوسته فوتوكاتاليستي مورد بررسي قرار گرفته است همچنين در اين مطالعه سعي شده است كه از كاتاليست كامپوزيت TiO2-ZnO براي تجزيه آلاينده¬ها استفاده شود. متيلن بلو و فنول به عنوان دو ماده آلاينده¬ي موجود در پساب¬ها مورد بررسي قرار گرفتند. تغييرات غلظت آلاينده¬ها با استفاده از اسپكتروفتومتر بدست آمده¬اند. به منظور شبيه¬سازي راكتور فوتوكاتاليستي از نرم¬افزار فلوئنت استفاده شده است كه در اين حالت از معادلات كلاسيك نوير-استوكس براي حل معادلات پيوستگي و مومنتوم بهره گرفته شده است و الگوريتم SIMPLE براي مرتبط كردن سرعت و فشار استفاده شده است. براي بررسي سينتيك واكنش در راكتور، از مدل لانگموير-هينشلوود استفاده شده است كه اين حالت از طريق udf به محيط نرم¬افزار فلوئنت وارد شده است. در اين تحقيق به منظور حل معادله¬ي انتقال تشعشع از مدل DO استفاده شده است. نتايج شبيه¬سازي شامل پروفايل سرعت، تغييرات غلظت متيلن بلو و فنول و پروفايل انتشار فوتون در راكتور مي¬باشند. پروفايل سرعت در بالاي راكتور فوتوكاتاليستي كم¬ترين مقدار را دارد و در اطراف مگنت داراي بيشترين مقدار است همچنين تغييرات غلظت دو آلاينده با استفاده از نتايج تجربي بدست آمده مقايسه شده¬اند، به اين صورت ميانگين خطا براي شبيه¬سازي تغييرات غلظت متيلن بلو و فنول در مقابل داده¬هاي تجربي به ترتيب برابر 6 و 5 درصد مي¬باشند كه با توجه به خطا¬هاي گزارش شده در ديگر مقالات كه به آن¬ها اشاره شده است، نتايج داراي خطاي قابل قبولي مي¬باشند. همچنين نتايج مدل DO نشان مي¬دهد كه بيشترين مقدار تابش بر روي سطح داخلي راكتور رخ مي¬دهد.

1401/09/26

Modeling and simulation of hydrodynamics and degradation kinetics in slurry photocatalytic reactor using computational fluid dynamics

9/18/2023 12:00:00 AM

Despite the laboratory research, there are few simulation studies related to this type of reactors. The purpose of this research is to investigate and simulate the photocatalytic reactor in order to know the limitations in these reactors and to solve them. In previous researches, reactors have been mostly used in continuous mode, but in this research, the hydrodynamics, kinetics of degradation and radiative transfer equatin in a batch photocatalytic reactor have been investigated. Methylene blue and phenol were investigated as two pollutants found in wastewater. Changes in the concentration of pollutants have been obtained using a spectrophotometer. In order to simulate the photocatalytic reactor, the ANSYS Fluent software has been used, in this case, the classic Navier-Stokes equations have been used to solve the continuity and momentum equations, and the SIMPLE algorithm has been used for coupling the velocity and pressure. To investigate the kinetics of the reaction in the reactor, the Langmuir-Hinshelwood model has been used, which has been compiled into the Fluent software environment through UDF. In this research, the DO model was used to solve the radiation transfer equation. The simulation results include the velocity profile and changes in the concentration of methylene blue and phenol. The velocity profile at the top of the photocatalytic reactor has the lowest value and the highest value around the magnet. Also, the changes in the concentration of the two pollutants have been compared with experimental results, so that the simulation results and experimental data are in excellent agreement. The average error for simulating the changes in the concentration of methylene blue and phenol against the experimental data is 6% and 5%, respectively, which according to the errors reported in other articles they have an acceptable error. Also, the results of the DO model show that the highest amount of radiation occurs on the inner surface of the reactor.

راكتور فوتوكاتاليستي , ديناميك سيالات محاسباتي , متيلن بلو , فنول , تجزيه فوتوكاتاليستي , معادله انتقال تشعشع , هيدروديناميك

Photocatalytic reactor , Computational fluid dynamics , Methylene blue , Phenol , Photocatalytic degradation , Radiation transfer equation , Hydrodynamics

reza mirzaie

Dr.Shahrokh Shahhosseini-Dr.Zahra sadeghian