مطالعه تجربی و شبیه سازی فرآیند جذب دی اکسید کربن در بستر آکنده دوار حذف دی اکسید کربن هدف مشترک در بسیاری از صنایع می باشد. در صنایع پالایش، پتروشیمی، سیمان، ذوب فلزات و بسیاری از صنایع دیگر، حجم زیادی از دی اکسید کربن تولید می شود که می بایست حذف گردد. روش های مختلفی مانند جذب سطحی، استفاده از حلال های شیمیایی، تکنولوژی غشایی و ... برای جذب دی اکسید کربن مورد استفاده قرار می گیرند. بکارگیری یک روش کارآمد با راندمان بالا، هزینه های کمتر، ایمنی بالاتر و آلودگی کمتر، می تواند تاثیر بسزایی هم از نظر بازده عملیاتی- اقتصادی، و هم از نظر کاهش آلودگی محیط زیست ایفا کند. بستر آکنده دوار می تواند این نقش را تا حد مطلوبی ایفا کند. در این مطالعه با ساخت بسترهای آکنده دوار، کارایی این دستگاه در حذف دی اکسید کربن از مخلوط های گازی مورد بررسی قرار گرفته است. دستگاه بستر آکنده دوار نسبت به تجهیزات متداول در صنعت حذف دی اکسید کربن، وزن و فضای کمتری را اشغال می کند و راندمان بالاتری در مقایسه با سایر تجهیزات دارد. کارایی این دستگاه، ناشی از نیروی گریز از مرکز تولید شده توسط چرخش روتور دستگاه می باشد، که فرآیند انتقال جرم را تشدید می کند و باعث افزایش جذب دی اکسید کربن می شود. با آزمایشات انجام شده معلوم گردید که با افزایش سرعت چرخش و افزایش دبی مایع جاذب، راندمان جذب دی اکسید کربن در بستر آکنده دوار بالا می رود و با افزایش دبی جریان گاز، راندمان جذب کاهش می یابد. در این مطالعه همچنین به بررسی افت فشار خشک و مرطوب پرداخته شد و داده های تجربی با استفاده از نرم افزار مدل سازی شده و نتایج به صورت گرافیکی و نموداری ارائه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ جریان گاز، افت فشار بیشتر می شود. همچنین در یک نرخ مشخص جریان گاز، با افزایش سرعت چرخش روتور و افزایش دبی جریان مایع، افت فشار بستر افزایش می یابد. نتایج این مطالعه از نقش موثر دستگاه بستر آکنده دوار در حذف دی اکسید کربن، با توجه به اندازه و حجم کمترش نسبت به سایر تجهیزات متداول در صنعت حکایت دارد.

در این پایان نامه، تحقیقات به دو بخش قابل تقسیم می باشد. در بخش نخست نصب تجهیزات و ساخت دستگاه بستر سیال است، بدنه اصلی دستگاه بستر سیال با توزیع کننده دوار، یک سیلندر نازک و شفاف با قطر داخلی 100 میلیمتر و ارتفاع 8/0 متر می باشد .در بخش دوم انجام آزمایشات و داده برداری است که تحت شرایط مختلف صورت گرفت و تاثیر آرایش سوراخ های توزیع کننده، تاثیر سرعت چرخشی صفحه توزیع کننده، سرعت گاز، اندازه و جرم ذرات بر روی فشار مطلق در نقاط گوناگون داخل بستر و افت فشار بسترمورد بررسی قرار گرفت. با آزمایشات انجام شده معلوم گردید که با افزایش سرعت چرخشی توزیع کننده و افزایش سرعت گاز، میزان فشار مطلق، افت فشار بستر و اختلاط جامدات افزایش می یابد و راندمان شناورسازی بالا می رود و استفاده از ذرات سنگین تر باعث کاهش فشار مطلق و افت فشار بستر و کاهش نوسانات فشار می شود و اختلاط ذرات مشکل تر می شود. در این مطالعه به بررسی حداقل سرعت سیالت پرداخته شد و تعیین انحراف استاندارد نوسانات فشار به عنوان روشی برای تعیین حداقل سرعت سیالیت استفاده شد. و مشخص شد که افزایش سرعت چرخشی توزیع کننده، باعث کاهش حداقل سرعت سیالیت می شود. از سه صفحه توزیع کننده با آرایش های گوناگون شش ضلعی، پره ای و مارپیچی استفاده شد. در یک مقدار مساوی سرعت هوای ورودی، توزیع کننده با آرایش پره ای باعث توزیع مطلوب تری از ذرات شد و بیشترین میزان افت فشار بستر و کمترین میزان حداقل سرعت شناورسازی را نشان داد. درنهایت مشخص گردید توزیع کننده نوع پره ای از نظر شرایط عملیاتی بهینه و کیفیت شناورسازی را به صورت قابل توجهی افزایش می دهد.

امروزه آلودگی فلزات سنگین یکی از مهمترین مشکلات محیط زیست بسیاری از جوامع است.ورود فلزات سنگین از پساب صنایع مختلف به خاک و آب خطرات جدی را برای انسان و محیط زیست ایجاد می کند. بنابراین جداسازی این یونهای فلزی قبل از رها سازی در محیط به ویژه با استفاده از روش های دفع موثر و ارزان، ضروری می باشد. یکی ازتکنولوژی های موثر برای جداسازی فلزات سنگین، استفاده از جاذب های زیستی و ضایعات کشاورزی است. این امر به دلیل اقتصادی بودن، دستیابی راحت و منطبق بودن با استانداردهای زیست محیطی است. هدف از این مطالعه مقایسه بررسی حذف فلزات سنگین سرب، کروم و کادمیم برروی جاذب های (مخمرکلایورومایسس مارکسیانوس و جاذب طبیعی (ساقه درخت بنه) می باشد. در این پژوهش، اثرات زمان تماس،ph ، مقدار جاذب و غلظت اولیه فلزات سنگین بر میزان جذب بررسی گردید. جهت تعیین میزان جذب فلزات توسطجاذبها به طور جداگانه در زمان تماس های مختلف (240،120، 90، 65، 35، 15 دقیقه)، تحت شرایطph های مختلف(8، 6، 5، 4)، مقادیر مختلفی از جاذب ها (5/0،4/0، 35/0، 25/0، 2/0، 1/0(گرم وغلظت های اولیه محلول فلزات(ppm20، 15، 12، 8، 5) در محلولهای مذکور تماس داده شدند. نتایج بدست آمده نشان داد که میزان حذف فلزات به وسیله جاذب های (مخمرکلایورومایسس مارکسیانوس و جاذب طبیعی)متفاوت بود. ph بهینه برای حذف فلزات درهر دو جاذب 5/5 تا 6، زمان تماس تعادلی برای مخمرتقریبا 180 دقیقه و برای جاذب طبیعی120دقیقه، مقدار جاذب3/0گرم، بیشترین میزان حذف فلزات سرب، کروم و کادمیم برای محلول10 ppm به ترتیب برای مخمر و جاذب طبیعی 8/95، 8/79، 7/86 و 68/92، 89/81، 6/83درصد بود که میزان حذف فلزسرب بیشتر از دیگر فلزات است.

امروزه استفاده از جاذب های ارزان قیمت برای تصفیه آب های آلوده توسط مواد مختلف آلوده کننده نظیر یون¬های فلزی (فلزات سنگین) در حال گسترش روز افزون است، یکی از این جاذب های ارزان قیمت میکروارگانیسم است .در این پژوهش برای حذف فلز سنگین از دو نوع جاذب استفاده شده است جاذب اول میکروارگانیسم تثبیت شده بر روی بستر پلیمری سدیم آلژینات و جاذب دوم خود سدیم آلژینات می باشد البته شایان ذکر است که معرفی سدیم آلژینات به عنوان جاذب در طی این پروژه به نتیجه رسیده است. تثبیت میکروارگانیسم برروی بستر پلیمری به منظور گیرانداختن و حبس و جلوگیری از حرکت آزادانه آن صورت گرفت. در ابتدا در شرایط ثابت در این تحقیق میکروارگانیسم را در یک بستر آماده(ygc) کاشته یا قرار داده تا به اندازه کافی رشد کند و پس از رشد به دلیل نیاز به زنده بودن میکروارگانیسم ، آن را وارد یک محیط کشت مایع می کنیم و آن را دستگاه شیکرانکوباتر قرار می دهیم بعد از گذشت2روز محلول یا همان محیط کشت مایع را سانتریفوژ کرده و میکروارگانیسم را که در اثر سانتریفوژ رسوب داده شده است را جدا می¬کنیم . میکروارگانیسم زنده را به محلول حاوی آلژینات اضافه کرده و در مرحله بعد این محلول شامل آلژینات و میکروارگانیسم را که به صورت ذرات کروی شکل درآمده است را به محیط کشت مایع دیگری اضافه می کنیم بعد از اندازه گیری ph این محلول آن را ،درون دستگاه شیکر قرار می¬دهیم. در شرایط ثابت (ph=25، دمای28 درجه سانتی گراد، دور همزن rpm 180) و سپس فلز سنگین مدنظر را به محیط کشت مایع که دارای میکروارگانیسم و آلزینات است اضافه می¬کنیم. البته شایان ذکر است دو نوع محلول داریم یعنی محلولی حاوی آلژینات و میکروارگانیسم و فلز سنگین و محلول دیگر حاوی آلژینات و فلز سنگین در محلول دوم یا همان جاذب دوم همانند قبل عمل کرده با این تفاوت که دیگر از میکروارگانیسم به عنوان جاذب استفاده نکرده و خود سدیم آلژینات را جاذب قرار داده¬ایم . سپس هر 24 ساعت از محلول حاوی فلزسنگین نمونه برداری می¬کنیم و میزان جذب را اندازه گیری می¬کنیم و سپس شرایط را برای رسیدن به بیشترین میزان جذب تغییر می¬دهیم به عبارت دیگر میزان جذب را با تغییرph و تغییر دور همزن و تغییر زمان نمونه گیری اندازه¬گیری می¬کنیم تا به بهترین نتیجه که همان حداکثر میزان جذب است را بدست آوریم .

رفتار ذرات در بستر گاز–جامد یک پارامتر کلیدی برای بهینه سازی طراحی و شرایط عملیاتی راکتورهای بستر فواره ای است. جهت توسعه و شبیه سازی بسترهای سیال، دسترسی به داده-های تجربی و اطلاع از نحوه تغییر پارامترهای موثر یک امر ضروری است. یکی از مهم ترین ویژگی بستر سیال توانایی آن در جداسازی و اختلاط ذرات جامد است. در این پژوهش، جداسازی و اختلاط ذرات جامد بر اساس اختلاف در اندازه و دانسیته ذرات در بستر فواره ای به صورت تجربی و عددی انجام شده است. مخلوطی دوتایی از ذرات ماسه، پلی اورتان و گچ جهت بررسی پارامترهای موثر در جداسازی و اختلاط ذرات جامد استفاده شده است. جهت محاسبه غلظت ذرات درون بستر و محاسبه درجه جداسازی و اختلاط ذرات جامد، از یک دوربین با سرعت بالا برای عکس برداری از بستر فواره ای بهره گرفته شده است. تصاویر رنگی گرفته شده از بستر در حین انجام آزمایش با استفاده از تکنیک آنالیز تصاویرتبدیل به تصاویر باینری شده و غلظت ذرات در بستر محاسبه و آنالیز می شود. تاثیر پارامترهای مختلف ( از جمله ارتفاع ساکن اولیه، اندازه ذرات، سرعت گاز ورودی و زاویه تیغه درون بستر) روی افت فشار بستر و مینیمم سرعت فواره ای مورد بررسی قرار گرفته است. افت فشار در بستر با افزایش سرعت گاز ورودی به بستر افزایش می یابد. سپس افت فشار بستر کاهش یافته و ثابت می ماند. نتایج نشان می دهد که حداکثر افت فشار درون بستر در مینیمم سرعت فواره ای بستر اتفاق می افتد و با افزایش زاویه بخش مخروطی و ارتفاع ساکن اوایه بستر، افت فشار و مینیمم سرعت فواره ای بستر افزایش یافته است. هم چنین افت فشار در سیستمی با ذرات هم نوع (ماسه) نسبت به سیستم ی با ذرات غیر هم نوع (گچ و پلی اورتان) بیشتر است. مینیمم سرعت فواره ای بدست آمده از مخلوط های دوتایی به صورت تجربی با روابط ارایه شده توسط محققین مقایسه شده و صحت نتایج بدست آمده با استفاده از ریشه میانگین مربعات خطا محاسبه شده است. جداسازی محوری و شعاعی ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر سرعت گاز ورودی، ارتفاع ساکن اولیه بستر، اندازه ذرات و کسر وزنی ذرات درون بستر روی رفتار ذرات در بستر فواره ای مورد بررسی قرار گرفته است و الگوی جریان درون بستر فواره ای و جداسازی و اختلاط ذرات جامد با گذشت زمان نشان داده شده است. نتایج تجربی نشان می دهد: جداسازی ذرات جامد و زمان رسیدن به تعادل با افزایش سرعت گاز ورودی به بستر و دور شدن از مینیمم سرعت فواره ای کاهش می یابد. جداسازی ذرات جامد با افزایش ارتفاع ساکن اولیه بستر و نسبت قطر ذرات افزایش یافته است. هم چنین با افزایش ذرات ریز در بستر، جداسازی در بستر کاهش یافته است. رفتار ذرات جامد در بستر فواره ای با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل شده است. جهت مدلسازی رفتار سیستم از دیدگاه اولری-اولری استفاده شده است. معادلات پیوستگی، ممنتوم، انرژی دانه ای، تنش و تنسور تنش برای فاز گاز و جامد نوشته شده و با استفاده از روش حجم محدود در محیط نرم افزار mfix حل شده است. توزیع سرعت و جزء حجمی گاز و ذرات جامد، توزیع فشار درون بستر و توزیع جزء جرمی ذرات مختلف جامد درون بستر فواره ای مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که: سرعت گاز در ناحیه فواره اینسبت به کناره های بستر،بیشتر بوده و نفوذ جریان گاز از ناحیه فواره ای به کناره های بستر دیده شد. ذرات درشت در قسمت فواره ای بستر و قسمت عمده ذرات ریز در کناره های بستر تجمع یافته اند. ذرات جامد نزدیک به دیواره، مسیر گردش طولانی تریدارند در حالی که ذرات جامد نزدیک به ناحیه فواره ای مسیر گردشی کوتاه تری دارند.نتایج حاصل از مدل و نتایج تجربی با هم مقایسه شده و دارای توافق خوبی هستند.