شماره راهنما :
1052 دكتري
پديد آورنده :
قاسمي، محمدرضا
عنوان :
بهينه سازي فرآيند توليد تتراكلريد زيركونيوم بااستفاده از راكتور بستر سيال
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
سيزده، 88ص.: مصور، جدول، نمودار
يادداشت :
ص.ع. به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
محمد قريشي، محمد قنادي مراغه
استاد مشاور :
محمدهادي جزيني
توصيفگر ها :
راكتور بستر سيال , زيركونيا , دي اكسيد زيركونيوم , تتراكلريد زيركونيوم , بهينه سازي فرآيند
استاد داور :
مهران غياثي، كيقباد شمس، محمدصادق حاتمي پور
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/06/07
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
كد ايرانداك :
ID1052 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده هدف اصلي اين پژوهش اصالح و بهينه سازي فرآيند كلريناسيون زيركونيا در دو حالت پيوسته و نيمهپيوسته و تبديل راكتور بستر ثابت فعلي به يك راكتور بستر سيال الكتروترمال مي باشد به اين منظور بعد از مدلسازي يك راكتور بستر سيال الكتروترمال در مقياس پايلوت با ظرفيت توليد 13 كيلوگرم تتراكلريد زيركونيوم در روز طراحي و ساخته شد جهت افزايش سطح تماس بين كربن و زيركونيا از يك روش منحصر به فرد استفاده شد بدين نحو كه اين دو ماده با هم مخلوط و با افزودن آب و ساكاروز به صورت خميري شكل درامده و تحت فشار در دستگاه بريكت ساز به قطعات چند سانتيمتري تبديل گرديد و بعد از حرارت دادن اين قطعات مجددا بصورت پودر با دانه بندي مدنظر تبديل شد با استفاده از پودر بدست آمده از اين روش در پايلوت مذكور توليد تتراكلريد زيركونيوم در شرايط مختلف انجام گرديد مقايسه دادههاي بدست آمده از اين پايلوت با نتايج حاصل از مدلسازي نشان ميدهد كه تطابق بسيار خوبي بين آنها وجود دارد همچنين بهينه سازي پارامترهاي موثر بر توليد با استفاده از روش رويه پاسخ سطح RSM انجام شد ســــــــه متغير مؤثر بر اين فرايند در حــــالت نيمه پيوسته دما 811 3211 C زمان واكنش 31 61 min و متوسط اندازهي ذرات 71 311 m و در حالت پيوسته دما 3111 3411 C غلظت گازكلر ورودي به راكتور 3 1 5 mol m و متوسط اندازهي ذرات 71 311 m بودند كه طراحي آزمايشها بر اساس آنها انجام گرفت آناليز رويهي پاسخ سطح RSM نشان داد كه دادههاي آزمايشگاهي به خوبي به وسيلهي مدل چند جملهاي مرتبه دوم برازش ميشوند عالوه بر اين مشخص شد كه در حالت نيمه پيوسته پارامترهاي دما و زمان بسيار موثر هستند در حالت پيوسته نيز تمام پارامترها دما غلظت و متوسط اندازه ي ذرات بسيار موثر هستند ضريب تشخيص 2 R در مدل براي حالت هاي نيمه پيوسته و پيوسته به ترتيب برابر با 45 66 درصد و 46 66 درصد ميباشند با استفاده از روش RSM شرايط بهينه فرآيندي براي اين راكتور بدست آمد طبق اين روش شرايط بهينه براي حالت پيوسته عبارتند از غلظت گاز كلر برابر با 1 مول بر متر مكعب دماي راكتور برابر با 1813 درجه سلسيوس و متوسط اندازه ذرات برابر با 17 ميكرون كه در اين شرايط ماكزيمم درصد تبديل زيركونيا برابر با 92 86 درصد بدست آمد براي حالت نيمه پيوسته نيز شرايط بهينه عبارتند از دماي 1123 درجه سلسيوس متوسط اندازه ذرات برابر با 17 ميكرون و زمان 16 دقيقه كه در اين شرايط ماكزيمم تبديل 7 26 درصد براي زيركونيا بدست آمد استفاده از روش ابداعي در توليد پودر خوراك ورودي به راكتور و همچنين استفاده از مواد برگشتي حاصل از يكي ديگر از فرايندهاي توليد زيركونيوم سرعت واكنش و راندمان فرايند را تا حدود 43 درصد افزايش داد و همچنين مصرف انرژي تا حدود زيادي كاهش يافت كلمات كليدي راكتور بستر سيال زيركونيا دي اكسيد زيركونيوم تتراكلريد زيركونيوم بهينه سازي فرآيند
چكيده انگليسي :
AbstractThe main aims of this research were to modify and optimize the process of zirconium chloride production in continuous and semi batch modes and to change the current fixed bed reactor into an electro thermal fluidized bed one Thus after modeling process a pilotscale electro thermal fluidized bed reactor with the capacity of 10 kg day of Zirconiumtetrachloride was designed and fabricated To increase the interaction surface between thecarbon and zirconia a unique method was applied in which the two components were mixedat first and then it shaped pasty by adding sucrose and water after that by compression inBriquetting Machine it converted to granules with a few centimeters size The obtainedbriquettes were heated and reground to the desired particles sizes Utilizing the producedpowder in the pilot reactor Zirconium Tetrachloride was produced in various conditions The results were consistent with the modeling outputs Also the optimization of effectiveparameters was implemented through the Response Surface Methodology RSM Theexperiments were designed and conducted for each modes mentioning the most effectiveparameters which are as the following for semi batch mode Temperature 800 1200oC Time 10 90 min particles average size 70 130 m and for continuous mode temperature 1000 1400oC chlorine gas concentration to reactor 3 5 mol m3 and particles average size 70 130 m The RSM results showed that the experimental data are in consistent with thesecond degree polynomial model In addition it was shown that the two parameters of timeand temperature in the semi batch mode and the all of three parameters of chlorineconcentration temperature and time in the continuous mode were highly effective Therecognition coefficient R2 for semi batch and continuous modes were 99 54 and 99 94respectively The optimized process condition achieved by RSM are as the following forthe continuous mode the chlorine concentration of 3 mol m3 the temperature of 1380oC andthe average particle size of 70 microns leaded to maximum conversion percentage of zirconiawhich was 98 26 and similarly for the semi batch mode the temperature of 1200oC theaverage particle size of 70 microns and reaction time of 90 minutes resulted in maximumconversion percentage of zirconia that was 92 7 using this innovative method forproduction of reactor powder feed and utilizing the recycled materials from another zirconiaproduction process we could increase the reaction rate and process efficiency up to 14 and also the energy consumption was reduced significantly Keywords Fluidized bed reactor Zirconia Zirconium dioxide Zirconium tetrachloride optimization
استاد راهنما :
محمد قريشي، محمد قنادي مراغه
استاد مشاور :
محمدهادي جزيني
استاد داور :
مهران غياثي، كيقباد شمس، محمدصادق حاتمي پور
