عنوان پایان‌نامه
ساخت و بررسی راکتور غشایی لوله ای فتوکاتالیستی از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم به منظور حذف آلاینده های گازی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1268.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57564
- تاریخ دفاع
- ۱۵ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- امین کمالی سروستانی
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- عملکرد فوتوکاتالیستی نانو تیتانیای تجارتی (P25) در یک راکتور بستر ثابت لوله‌ای جریانی برای کاهش آلاینده مونوکسیدکربن در هوا به وسیله مقدار بسیار کم کاتالیست تثبیت شده در سطح خارجی یک راکتور لوله‌ای متخلخل تحت تابش نور فرا بنفش بررسی گردید. نانو تیتانیا با روش مالشی به صورت یکنواخت بر روی پایه استیل مشبک تثبیت شد و بررسی‌های سینتیکی در دمای محیط بر روی آن به منظور اکسیداسیون مونوکسیدکربن به عنوان آلاینده موجود در هوا بررسی گردید. نقش پایه در این پروژه به عنوان یک توزیع‌‌کننده جریان گاز و سطح تماس مناسب بوده است. اثر غلظت، دبی جریان و شدت تابش در سرعت اکسیداسیون به صورت طراحی آماری آزمایشات فاکتوریل دو سطحی بررسی شد. نتایج نشان داد افزایش غلظت مونوکسیدکربن ورودی به دلیل کاهش دسترسی به جایگاه‌های فعال بر روی سطح فوتوکاتالیست منجر به کاهش میزان تبدیل شده است. افزایش دبی جریان باعث کاهش زمان اقامت در راکتور و در نتیجه کاهش میزان تبدیل شد. استفاده از یک پایه سرامیکی متخلخل با حفرات بسیار ریز به عنوان پایه کاتالیست در مقایسه با پایه استیل مشبک باعث توزیع مناسب‌تر جریان گاز و ایجاد تماس بیشتر گاز– جامد و در نتیجه افزایش راندمان اکسیداسیون مونوکسیدکربن شد. به طوریکه برای 5/0 گرم کاتالیست که در طول راکتور معادل24 سانتی‌متر و قطر خارجی 5/2 سانتی‌متر تحت تابش 4/2میلی‌وات در سانتی‌مترمربع اشعه فرابنفش از نوع A قرار داشته است. در حضور سرامیک 1/29% و درحضور استیل مشبک 16% حاصل شده است . مدل‌های سینتیکی مختلف به منظور بررسی سرعت واکنش و اثر حضور دی‌اکسیدکربن بر سرعت واکنش پیشنهاد شد و مشخص شد مدل لانگمویر توسعه‌یافته با در نظر گرفتن اثر جذب رقابتی دی‌اکسیدکربن بر روی سطح فوتوکاتالیست با نتایج تجربی سازگاری بیشتری دارد. با استفاده از مدل جریان پیستونی و مدل سینتیکی لانگمویر، معادله عملکرد راکتور تعیین شد و مقاومت‌های انتقال جرم و سینتیک با یکدیگر مقایسه گردید. مشخص شد مقاومت سینتیکی نسبت به مقاومت فیلمی در شرایط مورد مطالعه از اهمیت بیشتری برخوردار بوده است، به عبارت دیگر سرعت واکنش در این شرایط عامل کنترل‌کننده واکنش می‌باشد. این نوع راکتور به دلیل سادگی به راحتی قابل افزایش مقیاس بوده و می‌توان با استفاده همزمان از چندین لوله متخلخل جهت تثبیت کاتالیست و افزایش تبدیل آالاینده برای جریان‌های زیاد استفاده نمود. کلمات کلیدی: نانو تیتانیا، مدل‌سازی سینتیکی، راکتور لوله ای متخلخل، فوتوکاتالیست، مونوکسیدکربن
- Abstract
- Photocatalytic performance of commercial nano titanium dioxide (P25) was studied in an immobilized tubular reactor under UV irradiation. The project considered oxidation of pollu-tant carbon monoxide in the air to carbon dioxide. Small amount of nano titanium dioxide were immobilized uniformly by rubbing coating method on the tubular perforated stainless steel support, to oxidize carbon monoxide to carbon dioxide under UV scattering. The kinetic study was carried out at room temperature to derive the kinetic model of carbon monoxide removal. Effects of CO concentration, flow rate and UV irradiation power were studied as the influential operational parameters by a two-level factorial experimental design. It was ob-served that increasing CO and CO2 concentration reduced the rate of reaction because of their inhibition effect in occupation of the active sites of nanotitania. Increase of the flow rates in-duced a lower oxidation rate because of the shorter residence time. Using porous ceramic as a catalyst support instead of perforated stainless steel, provided higher gas distribution and more contact time between solid and gas phase, therefore higher conversion was observed. Different kinetic models were suggested based on the effect of carbon dioxide and carbon dioxide concentration on the rate of reaction. As a result, it was found that Lang-muir?Hinshelwood kinetic model which considered the effect of carbon dioxide inhibition showed better agreement with the experiment data. Combined plug flow type and L?H kinet-ic model introduced a design equation for comparison mass transfer resistance and reaction rate resistance. It was concluded that reaction rate resistance plays dominant role than the overall resistance in the studied range of operational conditions. Because of the simplicity of this type of reactor, scaling up the reactor is feasible for the high feed flow rates, and a num-ber of porous tubes could be operated simultaneously for the immobilization catalysts and further increasing conversion of CO pollutant existing in the air.
