تحلیل حرارتی و مکانیکی کوره دوار رآکتور تولید کربن فعال

ماشین های کشاورزی

مقاله 3، دوره 13، شماره 2 - شماره پیاپی 28، تیر 1402، صفحه 135-146   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2021.71896.1055

نویسندگان

سجاد نادری پاریزی¹؛ رضا علیمردانی^{* 1}؛ منصوره سلیمانی²؛ حسین موسی زاده¹

¹گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

²دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

کربن فعال یک جاذب با ظرفیت جذب بالا بوده و در فرآیندهای جداسازی مختلف در فازهای مایع و گاز کاربرد دارد. فرآیند اصلی تولید کربن فعال، شامل پیرولیز ماده خام اولیه است و کربن تولیدشده در کوره فعال‏سازی، فعال می‌شود. باتوجه به اهمیت مرحله فعال‏سازی در خواص کربن فعال تولیدی، در این مقاله تحلیل حرارتی و مکانیکی کوره بخش فعال‌ساز مورد توجه قرار گرفت. مدل اولیه با نرم‌افزار CATIA V5 R27 طراحی و با نرم‌افزار ANSYS R20 تحلیل حرارتی و مکانیکی شد. تغییر طول‌های ناشی از حرارت کوره دوار و همچنین تلفات گرمایی و نحوه گردش جریان گرمایی در داخل کوره بررسی شد. به همین منظور ابتدا تحلیل حرارتی و سیالاتی کوره انجام، سپس نتایج با یک تحلیل مکانیکی ادغام گردید. کوره همراه با واحد گرمایش مرکزی و دامنه اطراف کوره در محیط ANSYS CFX مدل‌سازی شد. نتایج نشان داد که دمای دیواره داخلی حدود 600 درجه سانتی‌گراد است. با توجه به میزان دمای داخلی بدنه و با مهار کردن یک سمت کوره که در مدل واقعی توسط واشر جانبی اعمال می‌شود، میزان تغییر طول کوره در راستای محور افقی، معادل mm 11.75 محاسبه شد. سپس آزمون تجربی روی مدل واقعی انجام گرفت و نتایج حاصل از تحلیل آماری نشان‌دهنده عدم وجود اختلاف معنی‌دار بین نتایج مدل‌سازی و تجربی می‌باشد. در نهایت برای مهار آن از غلتک و تکیه‌گاه‌های مناسب، ورق‌های سایشی همراه با صفحات فشاری و برای مهار تلفات گرمایی از عایق سرامیکی 5 سانتی‌متری استفاده گردید.

کلیدواژه‌ها

بخار آب؛ پیرولیز؛ تحلیل مکانیکی و حرارتی؛ فعال‏‌سازی؛ کربن فعال

مراجع

1. Aquino, F. L., Hernandez, J. R., & Capareda, S. C. (2007). Elucidating the solid, liquid and gaseous products form pyrolysis of cotton gin trash. ASABE Annual International Meeting, 12(07). https://doi.org/10.13031/2013.23321
2. Aworn, A., Thiravetyan, P., & Nakbanpote, W. (2008). Preparation and characteristics of agricultural waste activated carbon by physical activation having micro- and mesopores. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 82(2), 279-285. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2008.04.007
3. Bhati, S., Mahur, J. S., Dixit, S., & Choubey, O. N. (2013). Surface and adsorption properties of activated carbon fabric prepared from cellulosic polymer: Mixed activation method. Bulletin of the Korean Chemical Society, 34(2), 569-573. https://doi.org/10.5012/bkcs.2013.34.2.645
4. Byrne, C. E., & Nagle, D. C. (1997). Carbonization of wood for advanced materials applications. Carbon, 35(2), 259-266. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(96)00136-4
5. Chen, D., Chen, X., Sun, J., Zheng, Z., & Fu, K. (2016). Pyrolysis polygeneration of pine nut shell: Quality of pyrolysis products and study on the preparation of activated carbon from biochar. Bioresource Technology, 216, 629-636. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.05.107
6. Daneshmandi, M., Azizi, M., & Farush, R. (2014). The Study on Physical, Chemical and Biochemical Characteristics of Pistachio (Pistacia vera cv. Daneshmandi) and Its Comparison to Some Commercial Cultivars From Iran. Journal of Horticultural Science, 28(1), 10-17. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jhorts4.v0i0.34996
7. Demiral, Demiral, I., Karabacakoĝlu, B., & Tümsek, F. (2011). Production of activated carbon from olive bagasse by physical activation. Chemical Engineering Research and Design, 89(2), 206-213. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2010.05.005
8. Faramarzi, A. H., Kaghazchi, T., Ale Ebrahim, H., & Afshar Ebrahimi, A. (2015). Experimental investigation and mathematical modeling of physical activated carbon preparation from pistachio shell. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 114, 143-154. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2015.05.012
9. Fatemi, S., & Saadatmehr, A. (2005). Mathematical modeling of dynamic and multicomponent adsorption of light hydrocarbons in fixed activated carbon substrate. Journal of the College of Engineering, 39(2). (in Persian with English abstract).
10. Grayeli, M., Naghipour, M., & Panahi, S. (2018). Influence of friction coefficient and thermal expansion coefficient on composite sections under fire loading. Four^th National Conference on Civil Engineerind and Architecture with emphasis on indigenous technologies of Iran. Tehran. (in Persian).
11. Hoseinzadeh, E., & Rahmani, A. (2012). Producing activated carbon from scrap tires by thermo-chemical method and evaluation its efficiency at removal racid black1 dye. Iranian Journal of Health and Environment, 4(4), 427-438. (in Persian with English abstract).
12. Iran pistachio association, Statistical archive. (2017). Retrieved from iranpistachio.org (in Persian with English abstract).
13. Jadidian, F., Talaee, M., Mahdavi, S., & Homsi, A. (2016). Investigation on thermal energy and activated carbon production from Furfural residue. Journal of Forest and Wood Product, 69(3), 571-583. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22059/jfwp.2016.59896
14. Kamandari, H., Hashemipour rafsanjani, H., Najarzadeh, H., & Rezaei, H. (2012). Investigation of the synthesis of physically activated carbon in a rotating reactor. pp. 1-5. (in Persian with English abstract).
15. Lyubchik, S. B., Benaddi, H., Shapranov, V. V., & Beguin, F. (1997). Activated carbons from chemically treated anthracite. Carbon, 35(1), 162-165. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(97)81121-9
16. NaderiParizi, S., Beheshti, B., & Roustapour, O. (2015). Investigation of pistachio (Kalleh Ghoochi) drying kinetics in a new intelligent rotary dryer under vacuum. Journal of Food Science and Technology, 13(54), 135-143. (in Persian with English abstract).
17. Ozsin, G., Yucel, H., & Behlulgil, A. (2011). Production and characterization of activated carbon from pistachio-nut shell. Middle easr technical univerity.
18. Patil, B. S., & Kulkarni, K. S. (2012). Development of high surface area activated carbon from waste material. International Journal of Advanced Engineernig Research and Studies, 1(2), 2249-8974.
19. Safa, S., Azimirad, R., Kamandari, H., & Bayat, F. (2016). Comparison of hardness of activated carbon synthesized from agricultural wastes by physical method. pp. 1-9.
20. Sayyahzadeh, A., Ganjidoust, H., & Ayati, B. (2014). Optimization of activated carbon production from almond shell for adsorption of soluble oil containants. Journal of Water and Wastewater, 25(5), 108-117. (in Persian with English abstract).
21. Tehranizadeh, M., Ghazanfari moghadam, A., & Hashemipour rafsanjani, H. (2012). Pyrolysis of date palm trunks to Produce Active Carbon. Journal of Agricaltural Engineering Research, 13(3), 77-88. (in Persian with English abstract).
22. Ullmann, F., Gerharts, W., Yamamoto, Y. S., Campbell, F. T., Pfefferkorn, R., & Rounsaville, J. F. (1985). Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. Weinheim: VCH.