การจำลองซีเอฟดีของเครื่องปฏิกรณ์อากาศในการเผาไหม้แบบเคมิคอลลูปิง

Abstract

ปัจจุบัน ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศเป็นสาเหตุหลักของปัญหาโลกร้อนโดยมีสาเหตุหลักหนึ่งมาจากการเผาไหม้ภายในภาคอุตสาหกรรม กระบวนการ เคมิคอลลูปิงจึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่มีความเหมาะสมต่อการจับยึดคาร์บอนไดออกไซด์ก่อนปล่อยออกสู่บรรยากาศ ในงานวิจัยนี้ ทำการศึกษาหาแบบจำลองอุทกพลศาสตร์และปฏิกิริยาเคมีภายในเครื่องปฏิกรณ์อากาศของกระบวนการเคมิคอลลูปิงที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.0762 เมตรและความสูง 6.1 เมตร ด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณในระบบสองมิติ เปรียบเทียบกับผลจากการทดลองจริง จากนั้นวิเคราะห์ตัวแปรดำเนินการที่มีผลต่ออุทกพลศาสตร์และปฏิกิริยาเคมีด้วยวิธีการออกแบบการทดลอง ผลจากการศึกษาพบว่า แบบจำลอง EMMS ที่มีค่า specularity coefficient เท่ากับ 0.5 และค่า restitution coefficient ระหว่างอนุภาคของแข็งเท่ากับ 0.97 ให้ผลการจำลองใกล้เคียงกับการทดลองจริงมากที่สุด และผลของตัวแปรดำเนินการที่มีผลต่อค่าเฉลี่ยสัดส่วนโดยปริมาตรรวมของอนุภาคของแข็งคือ ชนิดของอนุภาคของแข็ง อัตราการไหลเวียนของอนุภาคของแข็ง ความเร็วแก๊สป้อนเข้า และอันตรกิริยาระหว่างชนิดของอนุภาคของแข็งกับความเร็วแก๊สป้อนเข้า ตัวแปรที่ส่งผลต่อค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานในแนวรัศมีคือ ชนิดของอนุภาคของแข็ง ความเร็วแก๊สป้อนเข้า และอันตรกิริยาระหว่างชนิดของอนุภาคของแข็งกับความเร็วแก๊สป้อนเข้า และตัวแปรที่ส่งผลต่อค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานในแนวแกนมีเพียงตัวแปรเดียวคือ ความเร็วแก๊สป้อนเข้า การเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างโลหะกับออกซิเจนกลายเป็นโลหะออกไซด์โดยใช้แบบจำลองแกนกลางหดตัว (shrinking core model) ที่มีความสัมพันธ์แบบ อาร์รีเนียสของการแพร่และปฏิกิริยาเคมี (Arrhenius diffusion and reaction) ให้ผลที่สอดคล้องกับผลการทดลองจริงมากที่สุด โดยพบว่า ชนิดของอนุภาคของแข็ง อุณหภูมิ ความเร็วแก๊สป้อนเข้า อันตรกิริยาระหว่างชนิดของอนุภาคของแข็งและอุณหภูมิ อันตรกิริยาระหว่างชนิดของอนุภาคของแข็งและความเร็วแก๊สป้อนเข้า อันตรกิริยาระหว่างอุณหภูมิและความเร็วแก๊สป้อนเข้า และอันตรกิริยาร่วมระหว่างชนิดของอนุภาคของแข็ง อุณหภูมิและความเร็วแก๊สป้อนเข้า ส่งผลต่อค่าร้อยละการเปลี่ยนของออกซิเจน โดยภาวะที่เหมาะสมทางอุทกพลศาสตร์และส่งผลให้ค่าร้อยละการเปลี่ยนของออกซิเจนมากที่สุดคือ อนุภาคของแข็งชนิดนิกเกิล ที่มีอัตราการไหลหมุนเวียนของอนุภาคของแข็ง 300 กิโลกรัมต่อเมตรกำลังสองวินาที ณ อุณหภูมิ 1273 เคลวินและความเร็วแก๊สป้อนเข้า 1 เมตรต่อวินาที