Υπολογιστική μελέτη υδραυλικής συμπεριφοράς περιοδικού αναερόβιου αντιδραστήρα με ανακλαστήρες

Καμπερίδης, Θεόφιλος; Kamperidis, Theofilos

dc.contributor.author	Καμπερίδης, Θεόφιλος	el
dc.contributor.author	Kamperidis, Theofilos	en
dc.date.accessioned	2016-11-30T10:06:32Z
dc.date.available	2016-11-30T10:06:32Z
dc.date.issued	2016-11-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44047
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13648
dc.rights	Default License
dc.subject	Αντιδραστήρες	el
dc.subject	ΚΧΠ	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Αναερόβιοι αντιδραστήρες	el
dc.subject	Περιοδικοί αντιδραστήρες	el
dc.subject	Comsol	en
dc.subject	PABR	en
dc.subject	RTD	en
dc.subject	CFD	en
dc.subject	HRT	en
dc.title	Υπολογιστική μελέτη υδραυλικής συμπεριφοράς περιοδικού αναερόβιου αντιδραστήρα με ανακλαστήρες	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Transport Phenomena : Fluid Mechanics	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-03
heal.abstract	Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της ρεολογικής συμπεριφοράς ένος πιλοτικής κλίμακας Περιοδικού Αναερόβιου Αντιδραστήρα με Ανακλαστήρες (Periodic Anaerobic Baffled Reactοr, P.A.B.R.), που χρησιμοποιείται για παραγωγή βιοαερίου μέσω αναερόβιας χώνευσης. Πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου Comsol Multyphysics® Version 5.2, προσομοιώνοντας πειράματα Κατανομής Χρόνου Παραμονής, με βηματική επιβολή στην τροφοδοσία, υδατικού διαλύματος και ιχνηθέτη γνωστής συγκέντρωσης. Το μοντέλο αναπτύχθηκε για αντιδραστήρα P.A.B.R. ενεργού όγκου 80 λίτρων και τεσσάρων διαμερισμάτων, με περιοδική εναλλαγή του διαμερίσματος εισόδου της τροφοδοσίας. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις εναλλάσσοντας τον υδραυλικό χρόνο παραμονής (Hydraulic Retention Time, HRT) και την περίοδο εναλλαγής (T) των διαμερισμάτων, παρατηρώντας τη συγκέντρωση του ιχνηθέτη στις εκροές. Για την προσομοιώση της μεταφοράς του ιχνηθέτη εντός του αντιδραστήρα μελετήθηκε η ταχύτητα του ρευστού σε σταθερές συνθήκες (steady state) και η κατανομή της συγκέντρωσης του ιχνηθέτη σε εξάρτηση με το χρόνο (transient state). Η μεταφορά της μάζας του ιχνηθέτη επιτεύχθηκε με δύο τρόπους, με συναγωγή καθώς πραγματοποιείται στον κύριο όγκο του ρευστού και με διάχυση, επειδή μετατοπίζεται από περιοχές με υψηλή συγκέντρωση σε περιοχές με χαμηλή. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν δημιουργήθηκαν διαγράμματα συγκέντρωσης – χρόνου, υπολογίστηκε ο ισοδύναμος αριθμός αντιδραστήρων πλήρους ανάμειξης στη σειρά, το ποσοστό του «νεκρού» όγκου σε κάθε ζεύγος HRT – T και η διακύμανση που παρουσιάζουν οι τιμές των συγκεντρώσεων στην παρατηρούμενη έξοδο. Για διευκόλυνση στην επεξεργασία αποτελεσμάτων και στην εξαγωγή συμπερασμάτων αξιοποιήθηκε ο λόγος HRT/T. Παρατηρήθηκε ότι για μεγάλες τιμές του λόγου HRT/T η ροή εντός του αντιδραστήρα προσομοίαζε ροή πλήρους ανάμειξης ενώ για μειωμένες τιμές του λόγου HRT/T η ροή έτεινε στην εμβολική. Αυτό επιβεβαιώθηκε και από τον αντίστοιχο ισοδύναμο αριθμό αντιδραστήρων πλήρους ανάμειξης στη σειρά που υπολογίστηκε για κάθε περίπτωση. Τα αποτελέσματα επίσης προσέγγιζαν ικανοποιητικά την κατανομή πειραματικών δεδομένων που προέκυψαν για ίδιες συνθήκες λειτουργίας του αντιδραστήρα. Το ποσοστό του «νεκρού» όγκου, σε κάθε υπολογιστικό πείραμα, κυμάνθηκε εντός του εύρους 39 έως 47%, χωρίς να προκύπτει κάποια άμεση εξάρτηση από τον αντίστοιχο λόγο HRT/T. Τέλος προτάθηκαν τρόποι βελτιστοποίησης του μοντέλου, όπως η χρήση μεγαλύτερης υπολογιστικής ισχύος, η πλήρης προσομοίωση της διεργασίας της αναερόβιας χώνευσης και η κλιμάκωση του μεγέθους του, με απώτερο σκοπό τη βιομηχανική χρήση του P.A.B.R.	el
heal.abstract	The purpose of this diplomatic thesis is the rheological study of a pilot scale Periodic Anaerobic Baffled Reactor used for the production of biogas by anaerobic digestion. The study was conducted using the computational software Comsol Multiphysics® Version 5.2, simulating Residence Time distribution experiments, with a step enforcement to the reactors’ feed, of aqueous solution containing tracer at a set concentration. The model was developed for a P.A.B.R., with an effective volume of 80 liters and four compartments, with periodic rotation of the infeed compartment. The simulations were carried out by varying the Hydraulic Retention Time (HRT) and the rotation period (T) of the compartments, observing the concentration of the tracer on the outflow. For the simulation of the tracer’s movement inside the reactor, its speed was studied on steady state conditions, while the distribution of the concentration on transient state. The transfer of the tracer’s mass was achieved in two ways, by convection as it is performed in the bulk of the fluid and by diffusion, because it was displaced from areas with high concentration to areas with low concentration. The results of the simulations were presented in diagrams showing the distribution of the tracer in relation to time, the equivalent number of continuous stirred tank reactors in series was calculated, as the percent of the “dead” space for every HRT –T pair and the variance of the concentrations on the observed outflow. To facilitate the processing of the results and the extraction of conclusions,the fraction HRT/T was exploited. It was observed for greater values of the fraction HRT/T, that the reactor’s performance was similar to that of a continuous stirred tank and for lesser values it tended to the behaviour of a plug flow reactor. This was confirmed by the equivalent number of continuous stirred tank reactors in series, calculated for each case. The percent of “dead” space fluctuated in the range 39 to 47%, without showing any significant dependence to the corresponding ratio HRT/T. Finally, ways were proposed to optimize the model, such as using greater computing power, the complete simulation of the process of anaerobic digestion and the study of the scaling up of the reactor looking forward to industrial use of the P.A.B.R.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Μαρούλης, Ζαχαρίας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	110 σ.
heal.fullTextAvailability	true