بخشی از مقاله
چکیده
درک اینکه یک فرآیند چگونه کار میکند، لازمهی طراحی و بهرهبرداری موفق از آن فرآیند میباشد. هضم بیهوازی یک فرآیند بیوشیمیایی پیچیدهی چند مرحلهای است که شامل یک سری واکنشهای میانی است که توسط گروههای مختلفی از میکروارگانیسمهای بیهوازی صورت میگیرد. در این پژوهش شبیهسازی بر پایهی دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - سه بعدی جفت شده با واکنشها در یک راکتور نیمه پیوستهی پلاگ انجام شد. از نرمافزار تجاری FLUENT 6.3 برای حل معادلات حاکم استفاده شد. شبیهسازی جریان دو فازی گاز-مایع با استفاده از مدل چند فازی اولر و مدل آشفتگی - RNG - k انجام شد. هیدرودینامیک و واکنشهای هضم بیهوازی درون راکتور از روش قاب مرجع چندگانه - MRF - مورد بررسی قرار گرفت.
-1 مقدمه
امروزه بیشتر انرژی مورد نیاز کشور ایران از سوختن مواد فسیلی حاصل میشود. سهم انرژی از منابع تجدیدپذیر تقریبا ناچیز است. آلودگی زیست محیطی یکی از بزرگترین چالشهای بشر در قرن 21 است. همچنین ما با پیآمد تغییر آب و هوا، افزایش جهانی تقاضای سوختهای فسیلی، عدم تامین انرژی و استخراج مداوم از منابع محدود طبیعی روبه رو هستیم .[1] هیئت بینالمللی تغییرات آب و هوایی 1 - IPCC - مصرف انرژی در سال 2100 را سه برابر نسبت به سال 1990 پیشبینی کرده است. - IPCC - با توجه به این رشد سه برابری، پیشنهاد میکند در سال 2050 تقریبا %30 از انرژی مصرفی جهان از منابع تجدید شونده انرژی تامین شود.
برای سال 2075 این درصد به %50 افزایش مییابد. برای سال 2100 این درصد باز هم افزایش خواهد یافت .[2] هضم بیهوازی، فرآیندی بیولوژیکی است که مواد تجزیه پذیر را در غیاب اکسیژن به بیوگاز تبدیل میکند. بیوگاز ارزش گرمایی بالایی دارد و میتواند الکتریسیته و گرما تولید کند .[3] بیوگاز معمولا حاوی 50 تا 80 درصد متان و 20 تا 40 درصد دیاکسید کربن ونیز مقادیر اندکی نیتروژن، هیدروژن، سولفید هیدروژن می باشد .[4]
فرآیند هضم بیهوازی برای تبدیل ترکیبات آلی به بیوگاز از یک سری متابولیسم میکروبی پیچیده تشکیل شده است که به چهار مرحله اصلی هیدرولیز2، اسید زایی3، استات زایی4 و متان زایی5 تقسیم میشود. هر یک از این چهار مرحله دارای واکنشهای بیوشیمیایی مختلف با سوبستراها6 و میکروارگانیسمهای مختلف میباشند .[5 ,4 ,1] میکروارگانیسم های مؤثر در این مراحل به ترتیب، هیدرولیزکنندهها7، اسیدزاها - اسیدوژنها - 8 ، استاتزاها - استوژنها - 9 و متانزاها - متانوژنها - 10 میباشند که ترکیبات آلی پیچیده را به ترکیبات سادهتر تجزیه میکنند - Error> Reference source not found. - ، که در نهایت به تثبیت ضایعات آلی و تولید بیوگاز میانجامد .[6
