بررسي تاثير پارامترهاي جرياني در سيستم گوگردزدايي اكسيداسيوني سوخت ديزل به كمك امواج مافوق صوت

دكتري

در تحقيق حاضر، ابتدا مدل معتبر ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) جهت بررسي هيدروديناميك راكتور شاخه¬اي امواج مافوق صوت ارائه و يك مدل جديد شرط مرزي متحرك با پروفايل سهموي-لگاريتمي براي امواج انتقالي توسعه داده شد. به علاوه، مدل كاويتاسيون بهبود يافته در مدل CFD، با هدف پيش¬بيني هيدروديناميك جريان در راكتور صوتي مورد استفاده قرار گرفت. پس از اعتبارسنجي مدل CFD، شبيه¬سازي جهت پيش¬بيني متغيرهاي مختلفي مانند مناطق كاويتاسيون صوتي، ميدان فشار، ميدان جريان و همچنين متغيرهاي اغتشاشي صورت پذيرفت. سپس، با در نظر گرفتن متغيرهاي طراحي و نوآوري استفاده از تزريق در محل منطقه فعال، عملكرد سيستم جرياني ارزيابي شد. در اين راستا، ابتدا تاثير پارامترهاي عملياتي بررسي و مقادير مناسب نسبت مولي اكسيد كننده به سوخت (88/38)، نسبت مولي اسيد به سوخت (67/116) و مدت زمان قرار گرفتن در معرض امواج مافوق صوت (2/29 دقيقه) در محدوده¬¬ي مورد نظر انتخاب شد. پس از آن، آزمايش¬هايي با هدف كمينه كردن زمان ماند و نسبت حجمي فاز آبي به آلي در راكتور صوتي دو مرحله¬اي جرياني انجام شد. بيش از 90 درصد گوگردزدايي در زمان ماند 5/5 دقيقه و نسبت حجمي فاز آبي به فاز آلي 2/0 بدست آمد. همچنين، فرايند UAOD با روش تزريق فاز آبي نسبت به سيستم متداول تماس اختلاط بين فازي مقايسه شد. افزايش محسوسي در ميزان حذف گوگرد و به ويژه در زمان قرار گرفتن تحت امواج مافوق صوت پايين براي سيستم تزريقي نسبت به سيستم متداول مشاهده گرديد. در نهايت، راكتور استوانه¬اي جهت استفاده در مقياس¬ بالاتر طراحي و پارامترهاي جرياني در اين سيستم مانند زمان ماند، قطر نازل و تعداد تزريق فاز پراكنده ارزيابي شد. با توجه به نتايج حاصل از آناليز كروماتوگرافي گازي، حذف بيش از 98 درصد از تركيبات گوگردي موجود در سوخت ديزل با روش دو تزريقي در دبي¬ حجمي فاز آبي 89/48 و آلي 44/244 ميلي¬ليتر بر دقيقه و زمان ماند 15 دقيقه، پس از سه مرحله استخراج بدست آمد. همچنين آناليزهاي مختلف بعد از مراحل اكسيداسيون، حذف بيش از 99 درصد از فاز آبي مورد استفاده در فاز آلي را نشان دادند. به علاوه، پارامتري هيدروديناميكي به نام نسبت مومنتوم هيدروديناميكي كه به ارزيابي قدرت جت امواج مافوق صوت نسبت به جت فاز پراكنده مي¬پردازد، تعريف گرديد. در ادامه، جهت شبيه¬سازي سوخت مدل در راكتور صوتي، مدل هيدروديناميكي CFD با مدل سينتيكي واكنشي ادغام شد. نتايج CFD نشان داد كه اثرات فيزيكي و شيميايي ناشي از انتقال امواج مافوق صوت و پديده كاويتاسيون مي¬تواند در ميزان حذف گوگرد اثرگذار باشد. با اين وجود اثرات فيزيكي مانند جريان¬هاي صوتي و نوسانات سرعت مربوط به شرايط جرياني ايجاد شده در داخل راكتور صوتي نقش اصلي را در حذف تركيبات گوگردي ايفا مي¬كنند.

191189

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر سلمان موحدي راد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرايند

دكتر شاهرخ شاه حسيني