Υδραυλικά χαρακτηριστικά και κλιμάκωση μεγέθους περιοδικού αναερόβιου αντιδραστήρα με ανακλαστήρες (PABR)

Σεϊντής, Γεώργιος; Seintis, Georgios

dc.contributor.author	Σεϊντής, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Seintis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2016-02-02T13:24:00Z
dc.date.available	2016-02-02T13:24:00Z
dc.date.issued	2016-02-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41917
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.11226
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	PABR	el
dc.subject	Υδραυλικά χαρακτηριστικά	el
dc.subject	Κατανομή χρόνου παραμονής	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Κλιμάκωση μεγέθους	el
dc.title	Υδραυλικά χαρακτηριστικά και κλιμάκωση μεγέθους περιοδικού αναερόβιου αντιδραστήρα με ανακλαστήρες (PABR)	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική	el
heal.classification	Μηχανική ρευστών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-05
heal.abstract	Ο Περιοδικός Αναερόβιος Αντιδραστήρας με Ανακλαστήρες (PABR) αποτελεί έναν ταχύρρυθμο αναερόβιο σύστημα που παρουσιάζει ευελιξία στη λειτουργία του. Σημαντική λειτουργική παράμετρο αποτελεί η συχνότητα εναλλαγής του διαμερίσματος τροφοδοσίας. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μελέτης των υδραυλικών χαρακτηριστικών του PABR και η επίδραση της κλιμάκωσης μεγέθους σε αυτά τα χαρακτηριστικά μέσω πειραμάτων και μαθηματικής προσομοίωσης. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα Κατανομής Χρόνου Παραμονής (ΚΧΠ) σε βηματική μεταβολή στην τροφοδοσία (προσθήκη ιχνηθέτη χρωστικής ουσίας Ε124 γνωστής συγκέντρωσης) συναρτήσει της συχνότητας εναλλαγής για δύο αντιδραστήρες διαφορετικού μεγέθους. Χρησιμοποιήθηκαν ένας εργαστηριακός PABR ενεργού όγκου 15 λίτρων και ένας πιλοτικός PABR ενεργού όγκου 80 λίτρων. Πραγματοποιήθηκαν δυο κύκλοι πειραμάτων, όπου στον πρώτο μελετήθηκε η ροή χωρίς εναλλαγή του σημείου τροφοδοσίας και στο δεύτερο επιλέχθηκε περίοδος εναλλαγής Τ= 2 ημέρες. Και στους δυο κύκλους ο υδραυλικός χρόνος παραμονής (HRT) παρέμεινε σταθερός και ίσος με (HRT)= 4 ημέρες. Ακολούθησε η μοντελοποίηση της ροής με την εύρεση του υδραυλικού «νεκρού» χώρου Vd % ο οποίος ήταν ίσος με 8,8 για τον εργαστηριακό και 7,5 για τον πιλοτικό στην περίπτωση της μη εναλλαγής, ενώ στην περίπτωση της εναλλαγής ήταν 66,1 και 20,8 αντίστοιχα. Στη συνέχεια έγινε χρήση του μοντέλου δοχείων σε σειρά μέσω του λογισμικού Aquasim 2.0, όπου προσδιορίστηκε ο ισοδύναμος αριθμός (Ν) αλληλουχίας αντιδραστήρων πλήρους ανάμειξης (CSTR). Στην περίπτωση των πειραμάτων χωρίς εναλλαγή ο αριθμός Ν CSTR σε σειρά για τον εργαστηριακό και πιλοτικό PABR υπολογίστηκε ότι ήταν ΝLAB= 5 και NPILOT=26 αντίστοιχα, ενώ στην περίπτωση της εναλλαγής τροφοδοσίας οι αντίστοιχοι αριθμοί Ν ήταν ΝLAB=1 και NPILOT=2. Αυτό σημαίνει ότι χωρίς εναλλαγή τροφοδοσίας ο πιλοτικός PABR λειτουργεί πρακτικά ως ABR, ενώ ο εργαστηριακός έχει μοτίβο ανάμειξης που βρίσκεται ανάμεσα στο μοντέλο ανάμειξης ενός CSTR και ενός Εμβολικής ροής (PFR). Στην περίπτωση της εναλλαγής οι δυο αντιδραστήρες λειτουργούν πρακτικά όπως ένας CSTR. Για την εξαγωγή περαιτέρω συμπερασμάτων όσον αφορά τα χαρακτηριστικά της ρεολογικής συμπεριφοράς των PABR, προσομοιώθηκε το πείραμα κατανομής χρόνου παραμονής χωρίς εναλλαγή του σημείου εισόδου για τους δύο αντιδραστήρες μέσω του προγράμματος COMSOL Multiphysics® Version 4.4. Τα αποτελέσματα προσεγγίζουν ικανοποιητικά την κατανομή των πειραματικών δεδομένων και στις δύο περιπτώσεις. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση των ανακλαστήρων στη ρεολογική συμπεριφορά των αντιδραστήρων, η οποία φαίνεται να είναι πιο σημαντική όσο μικρότερο είναι το μέγεθος του αντιδραστήρα.	el
heal.abstract	PABR (Periodic Anaerobic Baffled Reactor) is a highly rate anaerobic reactor whose function presents versatility under numerous operational conditions. A significant characteristic of the PABR constitute its flexibility regarding the switching frequency of the compartments’ feed. In the present diploma thesis the outcomes of the studied hydraulic characteristics of the PABR are discussed, in parallel with the effect of scale up on those features. For the extraction of the abovementioned results both experimental and simulation methods were employed. Specifically, experiments of Residence Time Distribution (RTD) with step variation in compartments’ feed (with addition of dye label named E124 of known concentration), against switching frequency for two reactors of different size were held. Initially, a lab-scale PABR reactor with effective volume of 15 liters was utilized, followed by a scaled up pilot one with effective volume of 80 liters. There were scheduled two experimental periods, where at the first one the flow without switching feed was studied and at the second one a two days switching period was selected. In both experimental periods the Hydraulic Retention Time (HRT) was kept fixed at four days. By modeling the flow with specific software the hydraulic "dead" space Vd% was found, which was 8.8 for the lab reactor and 7.5 for the pilot one under no switching-feed conditions, whilst in the case of the 2-day switching period those values were estimated 66.1 and 20.8, respectively. Subsequently, the equal- sized ideal tanks-in-series model with the Aquasim 2.0 software was utilized, where number N of the Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR) was determined. Concerning the experiments with no switching-feed conditions, the number N of the CSTR in series for the lab and the pilot PABR was calculated with values 5 and 26, respectively, versus 1 and 2, in the case of the 2-day switching period. Consequently, in the absence of switching-feed conditions the pilot PABR functions practically as an Anaerobic Baffled Reactor, whereas the lab reactor presents a mixing pattern in-between the mixing model of a CSTR and a Plug Flow Reactor (PFR). Under switching-feed conditions the two reactors practically act both as a CSTR. In order to further investigate the special characteristics of the rheological performance of the PABR, simulations with COMSOL Multiphysics® Version 4.4 software have been conducted, on the assumption of Retention Distribution Time without switching of the entrance’ feed of the two reactors. The simulated curves approximate sufficiently the experimental one, in both reactors. The final stage of this thesis was focused on the baffles’ impact at the rheological performance of the reactors, which seems to play a key role as the size of the reactor reduces	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	90 σ.
heal.fullTextAvailability	true