Skip to main content
SUPERVISOR
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) محمد قنادی مراغه (استاد راهنما) محمد هادی جزینی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammad reza Ghasemi
محمدرضا قاسمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389
The 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 pilot scale electro thermal fluidized bed reactor with the capacity of 10 kg/day of Zirconium tetrachloride was designed and fabricated. To increase the interaction surface between the carbon and zirconia, a unique method was applied in which the two components were mixed at first and then it shaped pasty by adding sucrose and water, after that by compression in Briquetting Machine it converted to granules with a few centimeters size. The obtained briquettes were heated and reground to the desired particles sizes. Utilizing the produced powder in the pilot reactor, Zirconium Tetrachloride was produced in various conditions. The results were consistent with the modeling outputs. Also the optimization of effective parameters was implemented through the Response Surface Methodology (RSM). The experiments were designed and conducted for each modes mentioning the most effective parameters which are as the following: for semi-batch mode, Temperature (800-1200 o C), Time (10-90 min), particles average size (70-130 µm) and for continuous mode temperature (1000-1400 o C), chlorine gas concentration to reactor (3-5 mol/m 3 ) and particles average size (70-130 µm). The RSM results showed that the experimental data are in consistent with the second degree polynomial model. In addition, it was shown that the two parameters of time and temperature in the semi-batch mode and the all of three parameters of chlorine concentration, temperature and time in the continuous mode were highly effective. The recognition coefficient (R 2 ) for semi-batch and continuous modes were 99.54 and 99.94 respectively. The optimized process condition achieved by RSM are as the following: for the continuous mode the chlorine concentration of 3 mol/m 3 , the temperature of 1380 o C and the average particle size of 70 microns leaded to maximum conversion percentage of zirconia which was 98.26% and similarly for the semi-batch mode the temperature of 1200 o C, the average particle size of 70 microns and reaction time of 90 minutes resulted in maximum conversion percentage of zirconia that was 92.7%. using this innovative method for production of reactor powder feed and utilizing the recycled materials from another zirconia production 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
هدف اصلی این پژوهش، اصلاح و بهینه سازی فرآیند کلریناسیون زیرکونیا در دو حالت پیوسته و نیمه پیوسته و تبدیل راکتور بستر ثابت فعلی به یک راکتور بستر سیال الکتروترمال می باشد. به این منظور بعد از مدلسازی، یک راکتور بستر سیال الکتروترمال در مقیاس پایلوت با ظرفیت تولید 10 کیلوگرم تتراکلرید زیرکونیوم در روز، طراحی و ساخته شد. جهت افزایش سطح تماس بین کربن و زیرکونیا از یک روش منحصر به فرد استفاده شد، بدین نحو که این دو ماده با هم مخلوط و با افزودن آب و ساکاروز به صورت خمیری شکل درامده و تحت فشار در دستگاه بریکت ساز، به قطعات چند سانتیمتری تبدیل گردید و بعد از حرارت دادن این قطعات، مجدداً بصورت پودر با دانه بندی مد نظر تبدیل شد. با استفاده از پودر بدست آمده از این روش در پایلوت مذکور تولید تتراکلرید زیرکونیوم در شرایط مختلف انجام گردید. مقایسه داده های بدست آمده از این پایلوت با نتایج حاصل از مدلسازی نشان میدهد که تطابق بسیار خوبی بین آنها وجود دارد، همچنین بهینه سازی پارامترهای موثر بر تولید با استفاده از روش رویه پاسخ سطح (RSM) انجام شد. ســــــــه متغیر مؤثر بر این فرایند در حــــالت نیمه پیوسته، دما (°C 1200-800)، زمان واکنش (min 90-10) و متوسط اندازه ی ذرات (µm 130-70) و در حالت پیوسته، دما (°C 1400-1000)، غلظت گازکلر ورودی به راکتور (mol/m 3 5-3) و متوسط اندازه ی ذرات (µm 130-70) بودند که طراحی آزمایش ها بر اساس آن ها انجام گرفت. آنالیز رویه ی پاسخ سطح (RSM) نشان داد که داده های آزمایشگاهی به خوبی به وسیله ی مدل چند جمله ای مرتبه دوم برازش می شوند. علاوه بر این مشخص شد که در حالت نیمه پیوسته پارامترهای دما و زمان بسیار موثر هستند. در حالت پیوسته نیز تمام پارامترها (دما، غلظت و متوسط اندازه ی ذرات) بسیار موثر هستند. ضریب تشخیص (R 2 ) در مدل برای حالت های نیمه پیوسته و پیوسته به ترتیب برابر با 54/99 درصد و 94/99 درصد می باشند . با استفاده از روش RSM شرایط بهینه فرآیندی برای این راکتور بدست آمد. طبق این روش شرایط بهینه برای حالت پیوسته عبارتند از: غلظت گاز کلر برابر با 3 مول بر متر مکعب، دمای راکتور برابر با 1380 درجه سلسیوس و متوسط اندازه ذرات برابر با 70 میکرون که در این شرایط ماکزیمم درصد تبدیل زیرکونیا برابر با 26/98 درصد بدست آمد. برای حالت نیمه پیوسته نیز شرایط بهینه عبارتند از: دمای 1200 درجه سلسیوس، متوسط اندازه ذرات برابر با 70 میکرون و زمان 90 دقیقه، که در این شرایط ماکزیمم تبدیل 7/92 درصد برای زیرکونیا بدست آمد. استفاده از روش ابداعی در تولید پودر خوراک ورودی به راکتور و همچنین استفاده از مواد برگشتی حاصل از یکی دیگر از فرایندهای تولید زیرکونیوم، سرعت واکنش و راندمان فرایند را تا حدود 14 درصد افزایش داد و همچنین مصرف انرژی تا حدود زیادی کاهش یافت. کلمات کلیدی: راکتور بستر سیال، زیرکونیا، دی اکسید زیرکونیوم، تتراکلرید زیرکونیوم، بهینه سازی فرآیند

ارتقاء امنیت وب با وف بومی