شماره ركورد
31630
پديد آورنده
پرهام اميرشكري
عنوان
ساخت و بررسي عملكرد سل الكتروليز نمك با روش شكاف صفر
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
28/06/1403
استاد راهنما
سوسن روشن ضمير
استاد مشاور
فواد مهري
دانشكده
مهندسي شيمي
چكيده
فرآيند كلرآلكالي به عنوان يك فرآيند الكتروليتي (الكتروليز) از قرن نوزدهم بطور گسترده براي توليد كلر و هيدروكسيد سديم مورد استفاده قرار گرفته است، در اين راستا سه فرآيند الكتروليتي شامل سل ديافراگمي، سل جيوهاي و سل غشايي بكار گرفته شدند. دو فرآيند اول به علت عدم دوستداري محيط زيست و استفاده از آزبست و جيوه كنار گذاشته شدند. فرآيند كلرآلكالي غشايي به عنوان روش برتر از جهت بازدهي انرژي و عدم انتشار مواد شيميايي مضر مورد توجه قرار گرفت. در فرايند كلرآلكالي غشايي، سل به عنوان مهمترين بخش، شامل سل دو خانه، شكاف محدود و شكافصفر دستهبندي ميشود. سل شكافصفر به لحاظ كاهش مصرف انرژي و افزايش بازده توليد، بيشتر مورد توجه قرار گرفته است. ابعاد سل فرايند كلرآلكالي به لحاظ ميزان عملكرد و مصرف انرژي، حائز اهميت بوده، لذا از نرمافزار كامسول جهت شبيهسازي و طراحي كانالجريان با هدف بررسي احتمال گرفتگي توسط حبابهاي توليد شده در سل و همچنين طراحي مدل مناسب كانالجريان استفاده شده است. اين شبيهسازي با به كارگيري هندسه دو بعدي در حالت وابسته به زمان و در محدوده زماني 10 ثانيه، با هدف طراحي يك كانالجريان شامل جريان دوفازي مايع و گاز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه استفاده از كانالجريان مارپيچ تك با 10 كانال و ابعادcm2 (3*3)، موجب تسهيل در خروج گازها و همچنين به حداقل رساندن احتمال گرفتگي و انسداد مسير ميگردد. در ادامه، سل شكافصفر با كانالجريان حكاكي شده بر الكترودهاي مربوطه ساخته شد. سل شكاف صفر در اين پژوهش با به كارگيري الكترود آند از نوع آند پايدار ابعادي، كاتد از جنس فلز نيكل و غشاي تبادل يون سديم دو لايه تجاري، مدل فلميون 316 فراهم شد. در ادامه، ارزيابي سل با هدف ميزان كارايي و عملكرد آن مورد بررسي قرار گرفت. بدين ترتيب، پارامترهاي عملياتي موثر بر عملكرد سل شامل دماي سل در محدودهي °C(25-90)، چگالي جريان kA/m2(1-4)، دبي خوراك ورودي ml/min (5-25) و غلظت آب نمك g/l (200-300)، به جهت بررسي ميزان تغييرات ولتاژ مصرفي سل و بازده جريان هيدروكسيد سديم، توسط روش سطح پاسخ در سه سطح شامل 27 آزمايش در نظر گرفته شد. با انجام آزمايشها، شرايط بهينه هر پارامتر در چگالي جريان معادل kA/m2 4، دما °C 90 ، غلظت آب نمك g/l300 و دبي ml/min25 حاصل شد. در اين شرايط سل به بازده جريان سديم هيدروكسيد معادل %99 و ولتاژ سل معادل V4 رسيد، لذا نتايج حاكي از آن است كه چگالي جريان و دماي سل بيشترين تاثير و اندركنش را بر عملكرد سل داشته است.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/09/12
عنوان به انگليسي
Fabrication and investigation the performance of salt electrolysis cell with zero gap method
تاريخ بهره برداري
9/18/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
پرهام اميرشكري
چكيده به لاتين
The chlor-alkali process, as an electrolytic process (electrolysis), has been widely used to produce chlorine and sodium hydroxide since the 19th century. In this regard, three electrolytic processes have been employed: diaphragm, mercury, and membrane cells. The first two processes were abandoned due to environmental concerns, such as the use of asbestos and mercury. The membrane chlor-alkali process has gained attention as the superior method in terms of energy efficiency and the absence of harmful chemical emissions. In the membrane chlor-alkali process, the cell is the most critical component, and it is categorized into two-chamber cells, limited-gap cells, and zero-gap cells. The zero-gap cell has garnered more attention due to its ability to reduce energy consumption and increase production efficiency. The cell's dimensions in the chlor-alkali process are significant in performance and energy consumption. Therefore, COMSOL multiphysics software was used to simulate and design the flow channel to examine the potential for clogging caused by bubbles produced in the cell and to design an appropriate flow channel model. This simulation was conducted using a two-dimensional geometry in a time-dependent mode over a 10-second interval, to design a flow channel that includes a two-phase liquid and gas flow. The results indicated that using a single spiral flow channel with dimensions of 3x3 cm² facilitates the release of gases and minimizes the likelihood of clogging or blockages in the path. Subsequently, a zero-gap cell with an engraved flow channel on the respective electrodes was constructed. The construction of the zero-gap cell in this research was achieved by using a dimensionally stable anode (DSA), a nickel cathode, and a commercial two-layer sodium ion-exchange membrane, model Flemion 316. Next, the cell's performance and efficiency were evaluated. The operational parameters affecting cell performance, including cell temperature in the range of 25-90°C, current density in the range of 1-4 kA/m², feed flow rate of 5-25 ml/min, and brine concentration of 200-300 g/l, were examined to assess the variation in cell voltage and sodium hydroxide current efficiency. This was done using the response surface method at three levels, which included 27 experiments. From these experiments, the optimal conditions for each parameter were obtained at a current density of 4 kA/m², a temperature of 90°C, a brine concentration of 300 g/l, and a flow rate of 25 ml/min. Under these conditions, the cell achieved a sodium hydroxide current efficiency of 99% and a cell voltage of 4V. Thus, the results indicate that current density and cell temperature had the greatest impact and interaction on cell performance.
كليدواژه هاي فارسي
سل شكافصفر , ، فرايند كلرآلكالي غشايي , ، شبيهسازي كانالجريان , ، طراحي آزمايش , روش سطح پاسخ
كليدواژه هاي لاتين
zero-gap cell , membrane chlor-alkali process , flow channel simulation , , response surface methodology (RSM) experimental design
Author
parham amirshokri
SuperVisor
soosan rowshan zamir