16008

16008

شبيه‌سازي فرآيند جذب بستر متخلخل SiO2 آرايش شده با نانوذرات فتوكاتاليستي TiO2

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه‌سازي و كنترل فرآيندها

تيرماه 1395

تيرماه 1395

دكتر نوراله كثيري

دكتر مريم حقيقي

شيمي

چكيده امروزه روش‌هاي اكسيداسيون پيشرفته تحت نور فرابنفش و مريي در فتوراكتورها با استقبال زيادي مواجه شده‌اند چرا كه در اين روش‌ها پس از جذب آلاينده بر روي سطح جاذب، فرايند تخريب فتوكاتاليستي صورت گرفته و محصولات حاصل از تخريب از سطح جاذب جدا مي‌گردند. در كارهاي تجربي و شبيه‌سازي‌هاي صورت گرفته معمولاً از هندسه‌ي حلقوي استفاده شده و فتوكاتاليست يا در فتوراكتور معلق بوده و يا بر جداره‌هاي آن نشانده شده است. در كار حاضر با استفاده از نرم‌افزار كامسول فرايند جذب و تخريب متيلن بلو توسط بستر متخلخل متشكل از گلوله‌هاي فتوكاتاليستي SiO_2 كه نانوذرات TiO_2 روي آن‌ها نشانده شده شبيه‌سازي شد. با توجه به منابع، قبلاً چنين سيستمي شبيه‌سازي نشده و اين مي‌تواند ناشي از كمبود داده‌هاي تجربي در اين زمينه باشد. هندسه ي فتوراكتور بر خلاف كارهاي پيشين به صورت صفحه تخت شبيه¬سازي شد و مورد بررسي قرار گرفت. ميدان تابش در فتوراكتور با استفاده از معادله‌ي دو پارامتري هلمولتز كه در سال 2010 ارائه شده شبيه‌سازي گرديد. بنابر آن چه در مقالات آمده، تا سال 2015 تنها در يك پژوهش از اين معادله براي شبيه‌سازي ميدان تابش استفاده شده است. براي شبيه‌سازي جريان در محيط متخلخل معادله‌ي دارسي به كار رفت. متيلن بلو كه يك رنگ صنعتي است، به عنوان آلاينده‌ي مدل مورد برسي قرار گرفت. در اثر كوپل كردن ميدان تابش و واكنش، توزيع دقيق غلظت آلاينده در فتوراكتور به دست آمد. در ادامه نتايج حاصل از شبيه‌سازي اعتبار سنجي شد و تطابق بسيار خوبي با نتايج آزمايشگاهي مشاهده گرديد چنان كه ميزان خطا حداكثر به حدود 8% مي‌رسد. پس از اعتبار سنجي نتايج شبيه‌سازي، اثر پارامترهاي گوناگون نظير تابش از چهار وجه بستر ، دبي جريان ورودي، غلظت آلاينده‌ي ورودي، شدت تابش، تخلخل بستر و اندازه‌ي گلوله‌ها بررسي شد. اين بررسي‌ها نشان داد كه اندازه‌ي گلوله‌ها تأثير قابل توجهي بر بازدهي فرايند دارد به نحوي كه با تغيير شعاع گلوله‌ها از mm 5/0 به mm 5/2 ميزان تخريب از 84% به 37% كاهش مي‌يابد. با افزايش يافتن ميزان شدت تابش مقدار تخريب متيلن بلو و در واقع بازدهي واكنش افزايش مي‌يابد. با افزايش يافتن ميزان شدت تابش از W/dm^2 010/0 به W/dm^2 065/0، ميزان تبديل از 43% به 80% افزايش مي‌يابد و حاكي از تأثير چشمگير شدت تابش بر فرايند مي‌باشد. همچنين با توجه به بررسي¬هاي صورت گرفته دبي جريان ورودي مؤثرترين عامل بر كارايي فتوراكتور است به نحوي كه با تغيير دبي از 068/0 الي 5/2 ليتر بر ساعت، ميزان تخريب آلاينده از 3/95% به 1/8% كاهش مي‌يابد. واژه‌هاي كليدي: فتوكاتاليست، فتوراكتور، كامسول، بستر متخلخل، ميدان تابش