عنوان پایان‌نامه
مدل سازی وبهینه سازی احتراق سوخت مایع در راکتوربستر سیال
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1102.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 52097
- تاریخ دفاع
- ۲۶ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- آزاده یوسفی فر
- استاد راهنما
- رحمت ستوده قره باغ
- چکیده
- در این تحقیق، مدل ریاضی بر مبنای سیستم مدلسازی متناوب برای پیش بینی عملکرد راکتور بستر سیال در حوزه احتراق سوخت مایع ارائه می شود که دارای دو زیر مدل هیدرودینامیک و واکنش می باشد. زیر مدل هیدرودینامیک بر مبنای تئوری دو فازی اصلاح شده و زیر مدل واکنش بر اساس منابع است. ابتدا کل بستر به دو ناحیه متراکم و منطقه آزاد تقسیم می شود. به دلیل ماهیت احتراق و سریع بودن واکنش تقریبا تمام واکنش در منطقه متراکم انجام شده و مدلسازی در این ناحیه انجام شده است. سپس ناحیه متراکم از نظر طولی به مراحلی مساوی با حجم یکسان تقسیم و برای مدلسازی هر مرحله، از راکتور های ایده آل مثل راکتور لوله¬ای و یا راکتور اختلاط کامل استفاده شده است. جریان گاز در فاز امولسیون که در حداقل سرعت سیال سازی است می تواند کاملا مختلط در نظر گرفته شود و جریان گاز در فاز حباب به صورت جریان کاملا لوله¬ای در نظر گرفته می شود. برای مدلسازی بهتر، انتقال جرم بین فاز ها با محاسبه معادلات انتقال جرم بین فاز های مختلف در هر مرحله صورت می گیرد. نتایج حاصل از مدلسازی برای دو شاخص مهم در احتراق شامل بازده احتراق و غلظت آلاینده خروجی ارائه شده و اثر تغییر پارامترهای مختلفی چون درصد هوای اضافی، ارتفاع اولیه بستر و سرعت هوای همراه جت بر روی این دو شاخص بررسی شد. در نهایت مدل توسط داده های تجربی مقالات اعتبارسنجی شد و انطباق خوبی مشاهده گردید. در راستای دستیابی به بهترین شرایط فرایندی، نتایج حاصل از مدلسازی به کمک الگوریتم ژنتیک بهینه گردید. در این مدل هدف از انجام بهینه سازی، افزایش میزان بازده (انرژی گرفته شده از احتراق) و در عین حال کاهش میزان آلاینده ها به منظور رعایت استانداردهای زیست محیطی با استفاده از تغییر در میزان هوای اضافی بوده است. به دلیل آن که دو تابع هدف رفتاری متضاد با افزایش متغیر از خود نشان می¬دهند از بهینه سازی چند هدفه استفاده شده است. در نتیجه با استفاده از این مدل می توان احتراق سوخت مایع در بستر سیال را توسط شبیه سازهای صنعتی و ترکیبی از راکتورهای ایده آل شبیه سازی نمود.
- Abstract
- In this research, the mathematical model has been developed in order to predict the performance of fluidized bed reactor for the combustion of liquid fuels. Two sub-models including hydrodynamic and reactions are integrated together in developing the bed model. The hydrodynamic sub-model is based on the dynamic two phase model and the reaction sub-model for fuel reactions is derived from the literature. The bed is divided in two zones: the dense zone and the freeboard zone. Due to the nature of combustion and rapid reaction occurred in reactor, most of variations are occurred in dense bed zone and modeling has been done in this area. Finally, this zone is divided into several sections axially and for modeling, ideal reactors such as CSTR & PFR have been used. At each section, the flow of the gas is considered as plug flow through the bubbles (reach and lean) and perfectly mixed through the emulsion phase which is in minimum fluidization velocity. For better modeling, mass transfer between phases has been considered with calculating mass transfer equations between different phases in each section. Results of the modeling are shown in two different categories including combustion efficiency and exhaust emissions concentrations and effect of changes in various parameters such as excess air, initial bed height and dispersing air rate on these two corresponding factors was investigated. In the next step, the model is validated with experimental data reported in the literature and a close agreement was observed. In order to achieve the best process conditions, the results of the model were optimized by using genetic algorithm. In optimization, optimum excess air was found to approach maximum energy obtained from combustion in addition to minimum the amount of exhaust emission concentration to comply with environmental standards. Due to the contrasting behavior of two mentioned functions, multiobjective optimization has been used. In conclusion, this model can be used for the simulation of non-ideal fluidized bed combustors using liquid fuels inside the industrial process simulator.
