شبیه سازی حذف فتوکاتالیستی ترکیب های آلی فرار در راکتور بستر سیال

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی شیمی

2 ارومیه، دانشگاه علوم پزشکی ارومیه، دانشکده بهداشت، گروه بهداشت حرفه‌ای

3 تهران، دانشگاه علوم پزشکی تهران، دانشکده بهداشت، گروه بهداشت حرفه ای

چکیده

اکسایش فتوکاتالیستی در راکتورهای گوناگون به‌عنوان یک روش پذیرفته شده از نظر اقتصادی و زیست محیطی، برای حذف ترکیب‌های آلی فرار به‌ کار می‌رود، و در میان راکتورهای گوناگون، راکتور بستر سیال به‌عنوان یک راکتور کارآمد برای این منظور استفاده می‌شود. مدل ‌سازی و شبیه‌سازی راکتورهای بستر سیال فتوکاتالیستی به‌منظور افزایش اندازه‌های راکتور از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی و بهینه سازی و کنترل کارکرد آن ضروری است. برای این منظور در این پژوهش،متیل اتیل کتون (MEK)، تری‌کلرواتیلن(TCE) و تولوئن به‌عنوان سه مدل آلاینده انتخاب ‌شد و تبدیل فتوکاتالیستی آنها در راکتور بستر سیال شبیه‌سازی ‌شد. به ‌منظور شبیه سازی عملکرد راکتور بستر سیال فتوکاتالیستی، زیرمدل‌های هیدرودینامیکی و سینتیکی با همدیگر به‌ طور هم زمان حل شدند. مدل سینتیکی لانگموییر ـ هینشلوود برای تبدیل فتوکاتالیستی آلاینده‌ها به کار گرفته شد و ثابت‌های سینتیکی آنها با استفاده از نتیجه ‌های آزمایشگاهی تعیین شد. همچنین مدل‌ دینامیک دو فازی به ‌عنوان زیر مدل هیدرودینامیکی انتخاب شد و اعتبار این مدل از روش مقایسه نتیجه ‌های شبیه‌سازی با نتیجه ‌های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. دیده شد که توافق خوبی بین نتیجه ‌های تجربی و نتیجه‌ های به دست آمده از این مدل وجود دارد. نتیجه‌های این مدل ‌سازی و شبیه‌سازی می‌تواند در پیش‌بینی عملکرد راکتورهای بستر سیال فتوکاتالیستی به‌کار رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Alberici R.M., Jardim W.F., Photocatalytic Destruction of VOCs in the Gas-Phase Using Titanium Dioxide, Applied Catalysis B: Environmental, 14, p. 55 (1997).

[2] Avila P., Bahamonde A., Blanco J., Sanchez B., Cardona A., Romero M., Gas-Phase Photo-Assisted Mineralization of Volatile Organic Compounds by Monolithic Titania Catalysts, Applied Catalysis B: Environmental, 17, p. 75 (1998).

[3] Beauchet R., Magnoux P., Mijoin J., Catalytic Oxidation of Volatile Organic Compounds (VOCs) Mixture (Isopropanol/o-xylene) on Zeolite Catalysts, Catalysis Today, 124, p. 118 (2007).

[4] Sano T., Negishi N., Takeuchi K., Matsuzawa S., Degradation of Toluene and Acetaldehyde with Pt-Loaded TiO2 Catalyst and Parabolic Trough Concentratorr, Solar Energy, 77, p. 543 (2004).

[5] Kim K.J., Kang C.S., You Y.J., Chung M.C., Woo M.W., Jeong W.J. et al., Adsorption-Desorption Characteristics of VOCs Over Impregnated Activated Carbons, Catalysis today, 111, p. 223 (2006).

[6] Samantaray S.K., Parida K., Modified TiO2/SiO2 Mixed Oxides: Effect of Manganese Concentration and Activation Temperature Towards Catalytic Combustion of Volatile Oorganic Compounds, Applied Catalysis B: Environmental, 57, p. 83 (2005).

[7] Bouzaza A., Laplanche A., Photocatalytic Degradation of Toluene in the Gas Phase: Comparative Study of Some TiOSupports, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 150, p. 207 (2002).

[8] Sano T., Negishi N., Kutsuna S., Takeuchi K., Photocatalytic Mineralization of Vinyl Chloride on TiO2, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 40, p. 168 (2001).

[9] Motamed Dashliborun A., “Experimental Study and Modeling of Photocatalytic Oxidation of Volatile Organic Compound(VOC) by Titanium Dioxide Nanoparticles in a Fluidized Bed Reactor,” M.Sc. Thesis, University of Tehran, Iran (2012).

[10] Jafari R., Sotudeh‐Gharebagh R., Mostoufi N., Modular Simulation of Fluidized Bed Reactors Chemical Engineering & Technology, 27, p. 123 (2004).

[11] Karimi Golpayegani M., "Photocatalysis for Waste Gas Treatment: Kinetics and Fluidized Bed Reactor Modeling," M.Sc. Thesis, University of Calgary, Canada (2008).

[12] Jafari R., Sotudeh-Gharebagh R., Mostoufi N., Two-Phase Simulation of Gas-Solid Fluidized Bed Reactors by Tanks-in-Series Model, Nashrieh Shimi va Mohandesi Shimi Iran, 23(2), p. 33 (2004). [in Persian].

[13] Mostoufi N., Cui H., Chaouki J., A Comparison of Two-and Single-Phase Models for Ffluidized-Bed Reactors, Industrial & Engineering Chemistry Research, 40, p. 5526 (2001).

[14] Cui H., Mostoufi N., Chaouki J., Characterization of Dynamic Gas-Solid Distribution in Fluidized Beds, Chemical Engineering Journal, 79, p. 133 (2000).

[15] Wen C., Yu Y., A Generalized Method for Predicting the Minimum Fluidization Velocity, AIChE Journal, 12, p. 610 (1966).

[16] Cai P., Schiavetti M., De Michele G., Grazzini G., Miccio M., Quantitative estimation of bubble size in PFBC, Powder technology, 80, p. 99 (1994).

[17] Kunii D., Levenspiel O., “Fluidization Engineering”: Butterworth-Heinemann Boston; (1991).

[18] Fogler H. S., “Elements of Chemical Reaction Engineering”, London: Prentice-Hall International; (1999).

[19] Peral J., Domnech X., Ollis  F., Heterogeneous Photocatalysis for Purification, Decontamination and Deodorization of Air, Wiley Online Library, p. 117 (1997).

[20] Lim T.H., Kim S.D., Trichloroethylene Degradation by Photocatalysis in Annular Flow and Annulus Fluidized Bed Photoreactors, Chemosphere, 54, p. 305 (2004).

[21] Tomašić V.,  Jović F.,  Gomzi Z., Photocatalytic Oxidation of Toluene in the Gas Phase: Modelling an Annular Photocatalytic Reactor., Catalysis Today, 137, p. 350 (2008).

[22] Hajaghazadeh M., Kakooei H., Motamed Dashliborun A., Sotudeh-Gharebagh R., Golbabaie F., Afshar S. et al., Photocatalytic Degradation of Methyl Ethyl Kketone by Nano TiO2 in a Fluidized Bed Reactor, Fresenius Environmental Bulletin, 22 (2012).

[23] Zhang X., Liao C., Photocatalytic Degradation of Toluene by Nano-TIO2 in a Fluidized Bed, Bepress, p. 73 (2007).

[24] Prieto O., Fermoso J., Irusta R., Photocatalytic Degradation of Toluene in Air Using a Fluidized Bed Photoreactor, International Journal of Photoenergy, 2007, p. 1 (2007).

[25] Lim T.H., Kim S.D., Photo-Degradation Characteristics of TCE (Trichloroethylene) in an Annulus Fluidized Bed Photoreactor, Korean Journal of Chemical Engineering, 21, p. 905 (2004).

[26] Kuo H., Wu C., Hsu R., Continuous Reduction of Toluene Vapours from the Contaminated Gas Stream in a Fluidised Bed Photoreactor, Powder Technology, 195, p. 50 (2009).