แบบจำลองการเสื่อมสภาพสำหรับการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้คาร์บอเนตของโลหะแอลคาไล
จาก ChulaPedia
แบบจำลองการเสื่อมสภาพสำหรับการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้คาร์บอเนตของโลหะแอลคาไลในฟลูอิไดซ์เบด
DEACTIVATION MODEL FOR CO2 SORPTION USING ALKALI METAL CARBONATES IN FLUIDIZED BED
นางสาวณัฏฐ์ภัสสร จงอาจกลาง : นิสิตปริญญาโท ประจำหลักสูตรเคมีเทคนิค ภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.เบญจพล เฉลิมสินสุวรรณ : อาจารย์ประจำภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย รองศาสตราจารย์ ดร.พรพจน์ เปี่ยมสมบูรณ์ : อาจารย์ประจำภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ ศึกษาปริมาณการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และตัวแปรทางจลนพลศาสตร์จากแก๊สทิ้งหลังการเผำไหม้เชื้อเพลิงด้วยตัวดูดซับโลหะแอลคาไลคาร์บอเนตบนตัวรองรับแกมมำอะลูมินำในเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดที่ทำจากแก้ว เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 0.025 เมตร และความสูง 0.80 เมตร แบ่งการศึกษาหลักด้วยการใช้ตัวดูดซับโพแทสเซียมคาร์บอเนตและโซเดียมคาร์บอเนต ออกเป็น 3 ส่วน คือ ผลของรูปแบบการไหลภายในเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดจากการวัดค่ำกำรกวัดแกว่งของควำมดัน แบ่งได้เป็น 5 รูปแบบ ได้แก่ เบดนิ่ง เบดแบบฟองแก๊ส เบดแบบสลักกิ้ง เบดแบบปั่นป่วน และเบดแบบฟลูอิไดเซชันควำมเร็วสูง ผลของอุณหภูมิกำรดูดซับ แบ่งได้เป็น 4 อุณหภูมิ และ ผลของปริมำณไอน้ำในแก๊สทิ้ง แบ่งได้เป็น 4 ค่ำ จำกกำรทดลอง พบว่ำ รูปแบบกำรไหลแบบปั่นป่วนมีควำมสำมำรถในกำรดูดซับคำร์บอนไดออกไซด์สูงสุดที่ 268 และ 194 มิลลิกรัมของแก๊สคำร์บอนไดออกไซด์ต่อกรัมของโพแทสเซียมคำร์บอเนตและโซเดียมคำร์บอเนต ตำมลำดับ โดยปริมำณกำรดูดซับมีค่ำสูงสุดที่อุณหภูมิกำรดูดซับ 333 เคลวินและปริมำณไอน้ำในแก๊สทิ้งร้อยละ 19.5 โดยปริมำตร จำกนั้น ข้อมูลตัวแปรทำงจลนศำสตร์ได้ถูกคำนวณจำกกรำฟกำรดูดซับกับเวลำภำยใต้ภำวะกำรทดลองที่กำหนด แบบจำลองต่ำงๆ เช่น แบบจำลองแกนกลำงหดตัว แบบจำลองแบบเป็นเนื้อเดียวและแบบจำลองกำรเสื่อมสภำพ ได้ถูกใช้อธิบำยตัวแปรทำงจลนพลศำสตร์ จำกกำรทดลองพบว่ำ แบบจำลองกำรเสื่อมสภำพให้ผลกำรคำนวณใกล้เคียงมำกที่สุดกับข้อมูลที่ได้จำกกำรทดลองจริง ค่ำคงที่ในกำรเกิดปฏิกิริยำกำรดูดซับที่รูปแบบกำรไหลแบบปั่นป่วนมีค่ำสูงสุด ผลของอุณหภูมิกำรดูดซับต่อตัวแปรจลนพลศำสตร์สำมำรถสร้ำงควำมสัมพันธ์ในรูปแบบอำร์รีเนียส ค่ำพลังงำนก่อกัมมันต์ของปฎิกิริยำดูดซับคำร์บอนไดออกไซด์ด้วยโพแทสเซียมคำร์บอเนตและโซเดียมคำร์บอเนต มีค่ำ 12.31 กิโลจูลต่อโมลและ 14.67 กิโลจูลต่อโมล ผลของปริมำณไอน้ำในแก๊สทิ้งที่เพิ่มขึ้นทำให้ค่ำคงที่ในกำรเกิดปฎิกิริยำกำรดูดซับลดลง ในงำนวิจัยนี้ยังได้ทำกำรศึกษำผลของชนิดตัวดูดซับโลหะแอลคำไลต่อปริมำณกำรดูดซับคำร์บอนไดออกไซด์และตัวแปรทำงจลนพลศำสตร์ พบว่ำ รูบิเดียมคำร์บอเนตให้ปริมำณกำรดูดซับสูงสุด เมื่อเทียบกับตัวดูดซับลิเทียมคำร์บอเนต โซเดียมคำร์บอเนตและโพแทสเซียมคำร์บอเนตที่ 306 มิลลิกรัมของแก๊สคำร์บอนไดออกไซด์ต่อกรัมของรูบิเดียมคำร์บอเนต
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
