ผลของแผ่นปะทะแบบวงแหวนในท่อไรเซอร์ของเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียน

จาก ChulaPedia

รุ่นปัจจุบันของ 09:10, 11 กรกฎาคม 2555

ผลของแผ่นปะทะแบบวงแหวนที่มีต่ออุทกพลศาสตร์และการผสมในท่อไรเซอร์ของเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนโดยการจำลองแบบซีเอฟดี

EFFECT OF RING BAFFLES ON HYDRODYNAMICS AND MIXING IN RISER OF CIRCULATING FLUIDIZED BED REACTOR USING CFD SIMULATION

นายธัชชัย สำรวมเพียรสกุล : นิสิตปริญญาโท ประจำหลักสูตรเทคโนโลยีเชื้อเพลิง ภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย อาจารย์ ดร.เบญจพล เฉลิมสินสุวรรณ : อาจารย์ประจำภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย รองศาสตราจารย์ ดร.พรพจน์ เปี่ยมสมบูรณ์ : อาจารย์ประจำภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ทำการจำลองภาวะท่อไรเซอร์แบบมีและไม่มีการติดตั้งแผ่นปะทะแบบวงแหวนของเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนเพื่อศึกษาอุทกพลศาสตร์และการผสมที่เกิดขึ้นด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณและใช้วิธีการออกแบบการทดลองเพื่อหาผลของปัจจัยต่างๆ ผลการจำลองพบว่าค่าพื้นที่เปิดของแผ่นปะทะค่าพื้นที่เปิดของแผ่นปะทะ และอันตรกิริยาระหว่างพื้นที่เปิดของแผ่นปะทะกับระยะห่างระหว่างแผ่นปะทะเป็นตัวแปรที่ส่งผลต่อค่าความแปรปรวนของค่าสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งในแนวรัศมี และระยะห่างระหว่างแผ่นปะทะ อันตรกิริยาระหว่างพื้นที่เปิดของแผ่นปะทะกับระยะห่างระหว่างแผ่นปะทะ และ อันตรกิริยาระหว่างพื้นที่เปิดของแผ่นปะทะกับจำนวนของแผ่นปะทะเป็นตัวแปรที่ส่งผลต่อค่าสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งเฉลี่ยรวมทั้งท่อไรเซอร์ ในส่วนของตัวแปรดำเนินการที่ส่งผลต่อค่าสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งเฉลี่ยทั้งท่อไรเซอร์ที่ติดตั้งแผ่นปะทะแบบวงแหวนในกรณีศึกษาที่ให้ค่าสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งเฉลี่ยทั้งท่อไรเซอร์สูงสุด และกรณีศึกษาที่ให้ค่าความแปรปรวนในแนวรัศมีของสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งต่ำที่สุด นั้นเป็นตัวแปรเดียวกันคือ ค่าความเร็วแก๊สที่ทางเข้า และฟลักซ์โดยมวลของของแข็ง และผลของตัวแปรดำเนินการที่มีต่อค่าความแปรปรวนในแนวรัศมีของสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งในการติดตั้งแผ่นปะทะทั้งสองกรณีพบว่า ตัวแปรที่ส่งผลสองลำดับแรกเป็นตัวแปรเดียวกันคือ ค่าความเร็วแก๊สที่ทางเข้า และอันตรกิริยาของความเร็วของแก๊สที่ทางเข้า-ขนาดของอนุภาคของแข็ง-ความหนาแน่นของอนุภาคของแข็งอีกทั้งพบว่า รูปทรงของแผ่นปะทะแบบวงแหวนมีผลต่อค่าความแปรปรวนในแนวรัศมีของสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งและค่าสัดส่วนเชิงปริมาตรของของแข็งเฉลี่ยทั้งท่อไรเซอร์ จากผลการจำลองทั้งหมดจะได้รูปแบบในการใส่แผ่นปะทะแบบวงแหวนพร้อมทั้งภาวะดำเนินการที่สามารถปรับปรุงอุทกพลศาสตร์และการผสมภายในท่อไรเซอร์พร้อมทั้งแบบจำลองการถดถอยเพื่อความสะดวกในการนำผลการวิจัยที่ได้ไปใช้ออกแบบการติดตั้งแผ่นปะทะแบบวงแหวนและหาภาวะดำเนินการที่เหมาะสมในอนาคต

คำสำคัญ: แผ่นปะทะแบบวงแหวน อุทกพลศาสตร์ การผสม ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียน การจำลองซีเอฟดี

Abstract

In this research,the risers of circulating fluidized bed reactors with and without ring baffle were simulated to study hydrodynamics and mixing by using computational fluid dynamics simulation and to examine factor effects by usingdesign of experimental method. The results showed that baffle opening area and interaction between baffle opening area-space between baffleswere the parameters that affected standard deviation of solid volume fraction in radial direction. Space between baffles, interaction betweenbaffle opening area-space between baffles and interaction between baffle opening area-number were the parameters that affected average of solid volume fraction in the riser. The operating condition parameters that had an effect on the average of solid volume fraction in the riserfor bothring baffle configuration with lowest standard deviation of radial solid volume fraction and highest averaged solid volume fraction in system cases were inlet gas velocity and solid mass flux but the first two operating condition parameters that had an effect on the standard deviation of solid volume fraction in radial directionwere inlet gas velocity and interaction between inlet gas velocity-diameter of solid-density of solid. In addition,theshapes of ring baffle werealso found to have an effect on thestandard deviation of solid volume fraction in radial direction and average of solid volume fraction in the riser. From all simulation results, the optimum ring baffle configuration and operating condition which were improving hydrodynamics and mixing in riser was proposed. In addition, a regression model for predicting the gas-solid mixing was obtained for further using in the design stage of a circulating fluidized bed reactor.

Keywords: Ring baffle, Hydrodynamics, Mixing, Circulating fluidized bed, CFD simulation

เอกสารงานวิจัย