مطالعه تجربی و مدل سازی ریاضی جذب واکنشی کربن دی اکسید در یک خشک کن پاششی

در این تحقیق فرایند جذب واکنشی کربن دی اکسید توسط جاذب های قلیایی در خشک کن پاششی بصورت تجربی و تئوری مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از دو خشک کن شامل خشک کن با مقیاس آزمایشگاهی و خشک کن با مقیاس پایلوت استفاده شد. جاذب قلیایی در خشک کن آزمایشگاهی محلول سود و در خشک کن پایلوت دوغاب آهک بوده است. با انجام آزمایش های متعدد مبتنی بر روش طراحی آزمایش ها عملکرد خشک کن ها در مقادیر مختلف از دمای گاز ورودی، غلظت کربن دی اکسید در گاز ورودی، غلظت جاذب در مایع ورودی، دبی مایع، دبی گاز، قطر اولیه قطرات و رطوبت در گاز ورودی مورد بررسی قرار گرفت و شرایط عملیاتی بهینه که منجر به حصول بالاترین مقدار بازده ی حذف گردید تعیین شد. در این خصوص و برای خشک کن آزمایشگاهی در نسبت استوکیومتری جاذب به جذب شونده برابر با 2 و در دمای 150 درجه سانتی گراد بازده حذف بالاتر از 90% بدست آمد. همچنین برای خشک کن پایلوت، افزایش حالت قلیایی دوغاب آهک، با افزایش مقادیر مشخصی از محلول سود، باعث افزایش بازده ی حذف به بیش از 60% شده است. با توجه به نتایج بدست آمده در آزمایش ها، یک معادله ی نیمه تجربی برای سرعت کلی واکنش در هر یک از خشک کن ها به دست آمده است که از آن در مدل سازی ریاضی عملکرد سامانه استفاده شده است. برای تعیین توزیع اندازه ی قطرات پاشش شده توسط نازل دو سیاله مورد استفاده در این تحقیق، عکس برداری از پاشش به همراه پردازش تصویر انجام شده است. همچنین توزیع اندازه ی قطرات توسط مدل نازل دو سیاله موجود در نرم افزار fluent به دست آمده و با نتایج حاصل از پردازش تصویر مقایسه شده است. نتایج دو روش تطابق قابل قبولی با یکدیگر دارند. مدل سازی فرایند جذب واکنشی همراه با خشک شدن به روش دینامیک سیالات محاسباتی و با استفاده از نرم افزار fluent 13 انجام شده است. معادله سرعت واکنش، به صورت یک تابع تعریف شده توسط کاربر (udf) به مدل اضافه شده است. یک نمونه از نتایج مدل شامل سرعت و دمای فاز قطرات و فاز گاز، رطوبت گاز، شدت تبخیر، هیدرودینامیک قطرات و ... برای هر خشک کن ارائه و تحلیل شده است. خطای مدل در پیش بینی بازده ی حذف، دمای خروجی و رطوبت خروجی با استفاده از داده های تجربی برآورد شده است. نتایج این مدل می تواند در طراحی سامانه های جذب واکنشی کربن دی اکسید در خشک کن پاششی مورد استفاده قرار گیرد.