بررسی عددی کاهش CO2 فوتوکاتالیستی توسط انرژی خورشیدی در راکتور ورق دو لایه

چکیده

کلید واژه ها

1-معرفی

فهرست اصطلاحات

2. مدل های فیزیکی و ریاضی

شکل 1 -شماتیک یک واحد درDSSR

2.1 سینتیک واکنش و انتقال جرم

2.2 سنجش عملکرد

2.2 سنجش عملکرد

شکل 2: روشهای ارزشیابی عملکرد برای فوتوکاتالیتی گاز در DSSR.

جدول 1 پارامترهای شبیه سازی توزیع شار نوری خورشیدی

2.4. پارامترهای مدل

شکل 3. طرح پراکندگی تقاطع های پرتو در سه سطح DSSR در ساعت 9:00 صبح را نشان می دهد.

شکل 4. توزیع شار خورشیدی سه سطح در 9:00 A.M.

شکل5-توزیع شارسه سطح از8تا12صبح

جدول 2 پارامترهای مدل DSSR.

3. نتایج و بحث ها 3.1 اثرات شار متوسط و گذرا خورشیدی

شکل 6: مقدار CH3OH و سرعت واکنش در جهت z درتک فیبر نوری.

جدول3. نتایج شبیه سازی مدلDSSR

شکل 7. مقاطع های غلظت CH3OH در (a) بخش X-Y و (b) بخش X-Z

شکل 8. غلظت CH3OH خروجی برای دو مدل از 8:00 AM تا 12:00 A.M.

جدول 4 خروجی CH3OH در غلظت های مختلف ورودی بخار آب.

3.2 اثرات غلظت بخار آب

3.3. اثرات سرعت جریان

3.4. اثرات ساختار هندسی

شکل9-غلظت CH3OH خروجی و بهره وری کلی در سرعت های مختلف.

شکل 10. مقاطع های غلظت CH3OH در کانال ها. (a) یک کانال، (b) دو کانال جریان موازی، (c) سه کانال جریان موازی.

شکل 11. مقایسه غلظت خروجی CH3OH در سه ساختار در سرعت های مختلف.

شکل12-غلظت خروجی CH3OH، متوسط شار خورشیدی در هر سطح و میانگین کل شارخورشید در مدل های مختلف با نسبت عرض و ارتفاع متفاوت است.

4. نتیجه گیری

شکل 13. مقطع سرعت در هر کانال (a) بدون اندازه گیری هدایت و (b) با اندازه گیری هدایت.

با توجه به طراحی ساده و انتقال جرمی بالا، راکتور دندانه دار (DSSR) در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب می کند، اما کاربرد آن در کاهش CO2 فوتوکاتالیستی با کاتالیزور مجهز شده هنوز یک آزمایش جدید است. در این مقاله، مدل های سه بعدی توصیف کاهش CO2 فوتوکاتالیستی در DSSR با استفاده از انرژی خورشیدی، بر اساس توزیع نور خورشیدی گذرا و مداوم، شبیه سازی شده اند. یک روش ارزیابی عملکرد برای هدایت بهینه سازی ساختاری DSSR در کاهش CO2 فوتوکاتالیستی پیشنهاد شده است. اثرات پارامترهای عملیاتی و ساختارهای راکتور بر روی غلظت CH3OH مورد مطالعه وبررسی قرار گرفته. نتایج نشان می دهد که غلظت CH3OH خروجی از درDSSR بسیار بیشتر از در راکتور فیبر نوری تحت همان شرایط است. این افزایش می یابد، زیرا نسبت غلظت بخار آب ورودی و میانگین شارنور روزانه افزایش می یابد، اما با افزایش سرعت ورودی کاهش می یابد، که هر کدام برای بهره وری CH3OH مفید هستند. غلظت CH3OH با افزایش تعداد کانال های جریان موازی کاهش می یابد، اما با افزایش نسبت عرض و ارتفاع و قرار دادن قطعات هدایت جریان، که برای غلظت CH3OH بالاتر در طراحی DSSR توصیه می شود، افزایش می یابد.

با استفاده از سوخت های فسیلی، گازهای گلخانه ای تولید می شود، به خصوص دی اکسید کربن (CO2)، علت اصلی اثر گلخانه ای [1،2]. صرفنظر از انتخاب منابع جایگزین انرژی های تجدید پذیر دیگر، حذف CO2 برای کاهش اثر گلخانه ای مهم است که توجه زیادی را به خود جلب می کند و در سال های آینده،بیشتر مدنظر قرارمیگیرد [3]. در میان روش های مختلف، کاهش CO2 فوتوکاتالیستی همراه با انرژی خورشیدی نقش مهمی در فرآیند حذف CO2 دارد [4،5]. این روش CO2 را به سوخت های شیمیایی تبدیل می کند و از طریق انرژی خورشیدی تاثیر منفی کمی بر محیط زیست دارد [6]. اگر چه نرخ تبدیل CO2 به سوخت نسبتا پایین است [7]، هنوز یک رویکرد کنترل امیدبخش گازهای گلخانه ای برای حفظ محیط زیست است [8]به عنوان یک حامل واکنش کاهش CO2، فتوراتورها به طور گسترده ای برای بهبود نرخ تبدیل مورد مطالعه قرار گرفته اند [9،10]. بر خلاف راکتورهای شیمیایی سنتی، برای نورسنجها (فتوراکتورها)اهمیت حیاتی دارد تا اطمینان حاصل شود که فوتونها با طراحی دقیق هندسه فیزیکی جمع آوری می شوند. طیف گسترده ای از راکتورهای فوتوکاتالیستی تا کنون مورد بررسی قرار گرفته است و توسط طاهر و مک کلاله [11،12] خلاصه شده است. از جمله این، راکتور ورق دو لایه (DSSR) مزایای قابل توجه و جذاب در عملکرد فوتوکاتالیستی، بازده فوتونی و ساختار هندسی را نشان می دهد. DSSR در اصل توسط Van Well و همکاران طراحی شده است. [13] در سال 1997، که برای تولید فتوکاتالیست ناهمگن از ترکیبات آلی استفاده شد. DSSR از کانال های طولانی و پیچیده در یک صفحه مسطح تشکیل شده که از طریق آن مایعات واکنش دهنده و جریان فوتوکاتالیست جریان می یابد. به علت پلکسی گلاس شفاف که برای ساخت DSSR استفاده می شود، هر دو نور خورشید پراکنده و مستقیم متمرکزمی تواند در DSSR استفاده شود که مزیت آن نسبت به راکتور بخار Parabolic است. تلاطم بالا با مخلوط خوب کاتالیزور و واکنشگرها مزیت دیگری در مقایسه با راکتور تخت ثابت نازک (TFFBR) است. گرچه DSSR دارای طراحی ساده و هزینه های سرمایه گذاری کم است، اثبات شده است که در علاج فاضلاب بسیار موثر است. با توجه به Dillert [14]، DSSR با کارایی مشابه به عنوان یک خواص فیزیکی CPC در آزمایش تخریب (تنزل)اسید دیکلوئورسینک انجام شد و دو راکتور را در چندین شرایط کاری با نسبت پارامترهای سینتیکی محدوده از 0.58 تا 1.06 (kCPC / kDSSR) تنظیم کرد. . ارسلان و همکاران [15] مقایسه بین DSSR و TFFBR نشان داد که کارایی بیشتر درمان در همه پارامترهای زیست محیطی مورد بررسی برای DSSR فتوکاتالیتی ناهمگن به دست آمده است، اگرچه DSSR دارای کارایی فوتونی بسیار پایین تر نسبت به TFFBR است.