شبيه‌سازي CFD راكتور دوّار پيروليز تاير فرسوده

دكتري

در اين تحقيق شبيه‌‌سازي راكتور دوّار براي پيروليز ضايعات مطالعه شده است. تاير فرسوده به عنوان يكي از ضايعات پليمري انتخاب گرديد. به اين منظور از دو ديدگاه روش المان گسسته و روش اولرين استفاده گرديد. با توجه به اينكه بازدهي و عملكرد راكتور دوّار تحت تأثير رفتار ذرات جامد در داخل بستر است، ابتدا هيدروديناميك راكتور با دو ديدگاه اعتبار سنجي و مطالعه شد. تأثير پارامترهاي مهم عملياتي از قبيل سرعت دوران و مقدار پرشدگي بستر بر روي رفتار ذرات جامد بررسي گرديد. همچنين پديده جدايش ذرات جامد در اثر اختلاف قطر ذرات و پديده چسبندگي با ديدگاه روش المان گسسته موردمطالعه قرار گرفت. عملكرد راكتور دوّار پيروليز تحت تأثير توزيع دما و انتقال حرارت نيز است؛ بنابراين، در مرحله بعدي انتقال بستر دوّار با كمك دو ديدگاه روش المان گسسته به همراه مدل انتقال حرارت هدايتي و روش اولرين به همراه نظريه جنبشي ذرات دانه‌‌اي و معادله انتقال حرارت مطالعه گرديد. در ديدگاه روش المان گسسته، براي درك بهتر، ابتدا اختلاط حرارتي شبيه‌سازي‌شده و اثرات اختلاط فيزيكي بر روي اختلاط حرارتي بررسي شد. همچنين مدل ديناميك ذراتي به‌دست‌آمده براي بستر جامد با قطرهاي مختلف در انتقال حرارت نيز توسعه داده شد. با توجه به اينكه در شبيه‌سازي راكتور دوّار پيروليزي انتخاب مدل سينتيكي حائز اهميت است، ابتدا مطالعات آزمايشگاهي پيروليز تاير فرسوده در راكتور دوّار انجام گرفت. اين مطالعات تحت شرايط اتمسفر نيتروژن و در دامنه‌اي وسيعي از دماي عملياتي (از 400 تا 1050 درجه سانتي‌‌گراد) صورت گرفت. مقدار مايع، گاز و جامد توليدشده در فرآيند پيروليز گزارش شد. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش دما كسر جرمي مايع توليد شده تا دماي 550 درجه سانتي‌گراد افزايش و سپس كاهش مي‌يابد، درحالي‌كه با افزايش دما ميزان كسر جرمي گاز توليدشده افزايش‌يافته ولي مقدار كسر جرمي ته‌‌مانده جامد توليدشده كاهش مي‌يابد. در ادامه، با استفاده از داده آزمايشگاهي، ضرايب مدل سينتيكي بهينه‌سازي گرديد. با استفاده از اين ضرايب، شبيه‌سازي CFD راكتور پيروليز صورت گرفت. مقايسه نتايج شبيه‌سازي با داده‌هاي آزمايشگاهي نشان مي‌دهد كه در دماهاي پايين ميزان خطا كمتر از 3/14 درصد در دماهاي بالا ميزان خطا كم‌تر از 5/28 درصد است. نتايج نشان مي‌‌دهد زماني كه گرماي واكنش از 100 به 300 كيلوژول به ازاي هر كيلوگرم افزايش يابد، زمان رسيدن به درصد پيشرفت واكنش 95، از 93 به 96 دقيقه افزايش مي يابد بنابراين افزايش گرماي واكنش، اثر كمي بر روي سرعت انجام واكنش دارد. همچنين ضريب انتقال حرارت تاثير زيادي بر روي ميزان انتقال حرارت دارد براي مثال زماني كه ضريب انتقال حرارت از مقدار 5 به 100 W/m^2 K افزايش يابد، زمان لازم براي رسيدن به درصد پيشرفت واكنش 95، از 165 به 92 دقيقه كاهش خواهد يافت. همچنين با افزايش دماي راكتور از 600 به 950 درجه سانتي گراد و ثابت باقي ماندن شرايط ديگر واكنش، زمان از 94 به 27 ثانيه براي رسيدن به درصد تبديل 95 كاهش مي يابد.

193790

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر سيد حسن هاشم‌‌آبادي