شبيه سازي حذف فتوكاتاليستي تركيب هاي آلي فرار در راكتور بستر سيال

Simulation of Volatile Organic Compounds (VOCs) Photocatalytic Removal in a Fluidized Bed Reactor

اكسایش فتوكاتالیستی در راكتورهای گوناگون به‌عنوان یك روش پذیرفته شده از نظر اقتصادی و زیست محیطی، برای حذف تركیب­های آلی فرار به‌ كار می‌رود، و در میان راكتورهای گوناگون، راكتور بستر سیال به‌عنوان یك راكتور كارآمد برای این منظور استفاده می‌شود. مدل ­سازی و شبیه‌سازی راكتورهای بستر سیال فتوكاتالیستی به‌منظور افزایش اندازه­های راكتور از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی و بهینه سازی و كنترل كاركرد آن ضروری است. برای این منظور در این پژوهش،متیل اتیل كتون (MEK)، تری‌كلرواتیلن(TCE) و تولوئن به‌عنوان سه مدل آلاینده انتخاب ‌شد و تبدیل فتوكاتالیستی آنها در راكتور بستر سیال شبیه‌سازی ‌شد. به ­منظور شبیه سازی عملكرد راكتور بستر سیال فتوكاتالیستی، زیرمدل­های هیدرودینامیكی و سینتیكی با همدیگر به­ طور هم زمان حل شدند. مدل سینتیكی لانگموییر ـ هینشلوود برای تبدیل فتوكاتالیستی آلاینده‌ها به كار گرفته شد و ثابت­های سینتیكی آنها با استفاده از نتیجه ­های آزمایشگاهی تعیین شد. همچنین مدل­ دینامیك دو فازی به ­عنوان زیر مدل هیدرودینامیكی انتخاب شد و اعتبار این مدل از روش مقایسه نتیجه ­های شبیه‌سازی با نتیجه ­های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. دیده شد كه 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 عملكرد راكتورهای بستر سیال فتوكاتالیستی به‌كار رود.

Photocatalytic oxidation within reactors, as a promising method from economical and environmentally friendly points of view, is used to VOC treatment; and among various types of reactor, the fluidized bed reactor as an efficient reactor is employed for this aim. Modeling and simulation of photocatalytic fluidized bed reactors are essential for scale-up, optimization, and control. In this study, Methyl Ethyl Ketone (MEK), TriColor Ethylene (TCE), and toluene were considered as pollutant models, and photocatalytic conversion of these chemicals in the fluidized bed reactor was simulated. In order to simulate the performance of the photocatalytic fluidized bed reactor, the kinetic sub-model and the hydrodynamic sub-model were coupled together and solved simultaneously.  The Langmuir-Hinshelwood (LH) kinetic model was adopted for photocatalytic conversion of pollutants and its kinetic parameters were determined experimentally. The dynamic two-phase models were considered as the hydrodynamic sub-model and its validity was investigated through comparing the simulation data and the experimental results. It was observed that there is close agreement between the model and the experimental data. The modeling and simulation results of this study can be used to predict the performance of the photocatalytic fluidized bed reactor.