شماره راهنما :
1468 دكتري
پديد آورنده :
كديوريان، ميلاد
عنوان :
بررسي كارايي و مدلسازي پيل سوختي ميكروبي جريان پيوسته با طراحي ماژولار در تصفيه پساب نفتي
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 130ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
علي اكبر دادخواه
استاد مشاور :
محسن نصر اصفهاني
توصيفگر ها :
پيل سوختي ميكروبي , اتصال جرياني سري و موازي , مدل سازي بر پايه آند پيل سوختي ميكروبي , مدل الكتروشيميايي
استاد داور :
مهرداد فرهاديان، علي اصغر انصافي، حميد زيلويي و محمد هادي جزيني
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/07/23
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/07/24
چكيده فارسي :
چکیده پژوهش حاضر گامی موثر در جهت افزایش قابلیتهای کاربردی پیلهای سوختی میکروبی با ارائه طرحی ابتکاری در ساخت پیلهای سوختی میکروبی با قابلیت گسترش در سه جهت است این پژوهش در دو بخش کلی آزمایشگاهی و مدلسازی انجام شده است در بخش آزمایشگاهی این پژوهش به بررسی پارامترهایی نظیر تاثیر شوک حرارتی تاثیر خوراکهای مختلف مانند گلوکز سلولز میکروکریستال و دوغاب ضایعات جامد شهری تاثیر ساختار محفظه آندی بر کارایی پیل سوختی میکروبی با جریان ناپیوسته پرداخته شده است همچنین به بررسی زمان ماند و تاثیر اتصال جریان پساب به صورت سری و موازی در پیل سوختی میکروبی با جریان پیوسته پرداخته شده است بخش مدلسازی این پژوهش بر مبنای دو مدل جامع بر پایه آند و مدل الکتروشیمیایی صورت گرفته است به منظور مدلسازی منحنی پالریزاسیون پیل سوختی میکروبی با خوراکهای گلوکز سلولز میکروکریستال و دوغاب ضایعات جامد شهری از مدل الکتروشیمایی استفاده شده است همچنین به منظور مدلسازی عملکرد پیل سوختی میکروبی با جریان پیوسته از مدل بر پایه آند اصالح شده استفاده شده و تاثیر پارامترهای برازششونده اثر زمان ماند و اتصال سری سه پیل سوختی میکروبی مورد بررسی قرار گرفته است بررسی نتایج نشان میدهد که شوک حرارتی سبب از بین رفتن بخشی از مخلوط میکروبی مانند متانزاها شده که این امر موجب افزایش راندمان الکتریکی مخلوط میکروبی شده بهگونهای که ولتاژ مدار باز با افزایش 41 درصدی از مقدار 386 به 781 mV رسیده است عالوه بر این نتایج نشان میدهد که که القای شوک حرارتی سبب افزایش 81 درصدی مقدار بیشینه چگالی توان تولیدی شده است و به مقدار 2 64 mW m رسیده است از سوی دیگر این امر سبب کاهش 4 درصدی حذف اکسیژنخواهی شیمیایی شده است به منظور بررسی تاثیر ساختار محفظه آندی از دو ساختار با سطح مقطع دوار و مستطیلی در دو حالت مدار باز و مدار بسته استفاده شده است بررسی نتایج نشان میدهد که کارایی پیل سوختی میکروبی با مقطع دایرهای بیشتر از پیل سوختی میکروبی با مقطع مستطیلی بوده است بهگونهای که بیشینه ولتاژ مدار باز و بیشینه جریان الکتریکی تولید شده در پیل سوختی میکروبی با مقطع دوار به ترتیب 14 و 59 درصد از مقادیر متناظر در پیل سوختی میکروبی با مقطع مستطیلی بیشتر بوده است همچنین نتایج حاصل از بررسی خوارکهای مختلف نشان میدهد که در پیل سوختی میکروبی با خوراک گلوکز بیشینه چگالی توان بیشینه جریان تولیدی بازده کلومبیک و حذف گلوکز به ترتیب مقادیر 2 18 517 mA m2 172 mW m درصد و 79 درصد بودهاست همچنین نتایج نشان میدهد که بیشینه چگالی توان درپیل سوختی میکروبی با خوراک دوغاب ضایعات جامد شهری و سلولز میکروکریستال به ترتیب 84 و2 55 1 mW m بوده است عالوه بر این نتایج نشان میدهد که مقدار ولتاژ مدار باز پایا در حالت پیوسته 785 mV بوده است به منظور بررسی تاثیر زمان ماند بر عملکرد پیل سوختی میکروبی کارایی الکتریکی و حذف اکسیژن خواهی شیمیایی پیل سوختی میکروبی در مدت زمانهای 54 03 51 و 01 ساعت مورد بررسی قرار گرفته است چگالی توان تولیدی در زمان ماندهای 54 03 51 و 01 ساعت به ترتیب 27 08 311 و 2 89 mW m و حذف اکسیژن خواهی شیمیایی به ترتیب 78 17 44 و 52 درصد حاصل شد همچنین مقدار بازده کلومبیک برای پیل سوختی میکروبی با جریان پیوسته 77 4 درصد به دست آمد به منظور تعیین اثر اتصال جریان پساب به صورت سری و موازی در پیل سوختی میکروبی با جریان پیوسته عملکرد سه پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفته است نتایج نشان میدهد که مقدار ولتاژ مدار باز متوسط و بیشینه چگالی توان تولیدی متوسط در اتصال موازی سه پیل سوختی میکروبی به ترتیب 760 mV و 2 97 mW m به دست آمد همچنین مقدار بیشینه چگالی توان تولیدی متوسط در اتصال سری سه پیل سوختی میکروبی 2 76 mW m حاصل شد عالوه بر این نتایج نشان میدهد که اکسیژن خواهی شیمیایی در خروجی پیل سوختی میکروبی اول تا سوم به ترتیب 877 224 و 141 mg L در اتصال سری بوده است در بخش مدلسازی این پژوهش پارامترهای مدل بر پایه آند اصالح شده بر روی نتایج پیل سوختی میکروبی در زمان ماند 51 ساعت و در سه مقاومت خارجی 005 001 و 48 برازش شده است بر طبق نتایج حاصل شده خطای نسبی مدل با در نظر گرفتن همه دادههای تجربی در حالتهای 5 6 و 8 پارامتر برازششونده به ترتیب 2 22 9 7 و 5 5 درصد بوده است همچنین مقدار ولتاژ در زمان ماندهای 54 03 51 و 01 ساعت با خطای نسبی 5 6 و 9 6 درصد توسط مدلهای 6 و 8 پارامتری پیشبینی شده است مرحله دوم برای اعتبارسنجی مدل پیشبینی کارایی الکتریکی اتصال سری سه پیل سوختی میکروبی است مقایسه نتایج تجربی و نتایج حاصل از مدلهای 6 و 8 پارامتری بیانگر خطای نسبی 9 7 و 1 7 درصدی بودهاست طراحی پکیج پیل سوختی میکروبی اتصال سری از نظر خوراک بر مبنای
چكيده انگليسي :
Investigation of Performance and Modeling of Continuous Flow MicrobialFuel Cell with Modular Design in Petroleum Wastewater Treatment Milad Kadivarian m kadivarian@ce iut ac ir 2019 9 13 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree PhD Language Persian Supervisor Ali Akbar Dadkhah dadkhah@cc iut ac irAbstract The increase in the population of the Earth has fueled the demand for energy Thisincrement in energy demand compensated by increasing fossil fuel extraction However using fossil fuel as a source of energy leads to increase in greenhouse gasses in theatmosphere Nuclear and renewable energies are alternative sources of energy Renewableenergy produced in microbial fuel cell MFC by treatment wastewater Present researchconsists of two main phases In the first phase a novel and expandable design of single chamber MFC introduced and examined in batch and continues flow mode In the secondpart performance of continues flow MFC was modeled by using the anode base model Experimental part was down in five steps effect of heat pretreatment of microorganismas a method for selective enrichment of electrogenic microorganisms effect of substrate organic part of municipal solid waste MSW glucose and microcrystalline cellulose ascarbon source and effect of cell structure by using two different MFCs MFC withrectangular cross section MFC RC and MFC with circular cross section MFC CC onperformance of MFC in batch mode In continuous flow mode effect of hydraulic retentiontime HRT on the performance of MFC in the term of electrical and removal of chemicaloxygen demand COD was studied In the last part of experimental phase scale up ofSCMFC was investigated by connecting the fluid flows into and out of the three cells inserial SFC or parallel PFC The second phase was modeling experimental result by twodifferent models anode base model and electrochemical model According to the results heat pretreatment of microorganisms improved maximum opencircuit voltage OCV and maximum power density generated by 14 and 16 respectively However heat pretreatment reduced COD removal by about 4 That means heat treatment of microorganisms increases the electricity generation of the cell whilereducing the performance of COD reduction due to decreasing the microorganism varietiesin the microorganisms The performance of MFC CC in terms of maximum OCV and powerdensity compared to MFC RC was improved by 41 and 279 respectively In thedifferent type of substrates results shown that power density produced in MFC with glucose 172 mW m2 was higher than other substrates organic part of MSW 48 and microcrystallinecellulose 55 mW m2 In continuous flow mode MFC the highest steady OCV generatedwas 785 mV at HRT 90 h Maximum power density produced was 113 mW m2 at HRT 15h COD removal increased with the increase of HRT and achieved 87 in HRT of 45 h Average OCV produced was 760 mV in PFC mode Average power density
استاد راهنما :
علي اكبر دادخواه
استاد مشاور :
محسن نصر اصفهاني
استاد داور :
مهرداد فرهاديان، علي اصغر انصافي، حميد زيلويي و محمد هادي جزيني
