دانلود پروژه:مدل­سازی فرآيند توليد ترکيبات آلي با استفاده از سيستم پيل سوختي ميکروبي معکوس

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                 صفحه

فهرست مطالب…………………………………………………………………………………………………………………………………………………و

فهرست شکل­ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………….ح

فهرست جداول ………………………………………………………………………………………………………………………………………………ط

فصل اول: بررسي اهميت موضوع و مفاهيم مرتبط با آن

1-1 مقدمه………………………………….. 1

1-2 چرخه انرژي تجديدپذير بر پايه زيست توده 3

1-3 توليد زيست توده توسط فرآيند فتوسنتز 4

1-4 هيدروليز و تخمير 4

1-5 نياز به منابع آب و تصفيه پسابها 6

1-6 پيل سوختي 7

1-7 تعريف پيل‌سوختي 8

1-8 انواع پيل سوختي 8

1-9پيلهاي سوختي ميکروبي.. 9

               1-9-1 کاربرد پيل سوختي ميکروبي……… 11

                  1-9-1-1 توليد برق……………… 12

                 1-9-1-2 تصفيه پساب­ها……………. 12

                 1-9-1-3 توليد هيدروژن…………… 13

                1-9-1-4 حذف مواد شيميايي…………. 13

                1-9-1-5 حسگرهاي زيستي……………. 13

              1-9-2 مقايسه پيل­هاي سوختي ميکروبي با فرآيندهاي بيواتانولي و متان زدايي…………………………………… 14

               1-9-2-1 فناوري­هاي متان­زدايي و پيل سوختي ميکروبي 14

               1-9-2-2 فناوري­هاي بيواتانول و پيل سوختي ميکروبي 14

            1-9-3 بررسي جامعه ميکروبي و زنجيره تنفسي در آن­ها   15

           1-9-3-1 چگونگي انتقال الکترون­ها از سطح ميکروب به سطح آند پيل سوختي……………………………………….. 17

1-10پيلهاي سوختي ميکروبي معکوس…….. 21

          1-10-1 مکانيسم­هاي انتقال الکترون……….. 22

          1-10-2 بيوفيلم­هاي کاتد………………… 24

         1-10-3 الکترود کاتد……………………. 24

        1-10-4 شيمي محلول………………………. 25

1-11هدف از پژوهش پيش رو………………………. 27

فصل دوم: بررسي پژوهش­هاي پيشين

2-1 مروري بر پيل­هاي سوختي از گذشته تا حال……… 28

2-2تاريخچه پيل سوختي ميکروبي 29

2-3 تاريخچه مدلسازي پيل سوختي ميکروبي 29

2-4 تاريخچه الکتروسنتز ميکروبي 33

فصل سوم: بررسي معادلات و ساختار مدل

3-1 فرضيات انجام گرفته ……………………………………………………………………………………………………………………………36

3-2 معادلات سرعت…………………………….. 37

3-2-1 معادلات مصرف سوبسترا……………………. 37

3-2-2 معادله سرعت پديده خود-اکسايي ميکروبهاي فعال. 40

3-2-3 معادله سرعت غير فعال شدن ميکروبهاي فعال.. 41

3-3 معادله بقاي جرم سوبسترا در بيوفيلم 41

3-4 بررسي ضريب انتقال جرم خارجي 43

3-5 معادله بقاي جرم سوبسترا در حجم مايع کاتوليت 44

3-6 معادله پتانسيل الکتريکي و قانون اهم 45

3-7 بررسي مقاومتهاي اهمي 47

3-8 معادله بقاي جرم زيست توده 48

3-9 نيم واکنش­های انجام گرفته در بخش آند و کاتد پيل سوختی ميکروبی معکوس 51

3-10 بررسي مدل مورد استفاده جهت تخمين پارامترهاي طراحي …………………………………………………………51

3-11 روش حل عددي 52

3-11-1 روش تفاضلات محدود.. 53

3-11-1-1 تفاضلات پيشرو……………………… 53

3-11-1-2 تفاضلات پسرو………………………. 53

3-11-1-3 تفاضلات مرکزي……………………… 53

فصل چهارم: نتايج به دست آمده و تجزيه و تحليل آن­ها

4-1 بررسي شرايط مرجع………………………… 57

4-2 اثر تغيير پتانسيل کاتد و غلظت سوبسترا در حجم مايع   61

4-3 مقايسه مقادير واقعی با مقادير حاصل از مدلسازی…………………………………………………………………………….68

4-4 جمع بندي و نتيجه گيري……………………. 69

4-4 پيشنهادات………………………………. 71

منابع و مراجع………………………………. 72

 

 

 

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                                      صفحه

شکل 1-1: انرژي تجديدپذير خورشيدي و انرژي­هاي سرچشمه گرفته از آن- [2] 2

شکل 1-2: نمايي کلي از چرخه توليد انرژي بر پايه زيست توده [5]   4

شکل 1-3: نمايي از فرآيندهاي هيدروليز، تخمير، اسيدزدايي و متان زايي، محصولات و مواد اوليه هر            کدام [5]…………….. 6

شکل 1-4: شمايي از عملکرد پيل سوختي ميکروبي [13]….. 10

شکل 1-5: زنجيره تنفسي درون سلول ميکروب­ها و پتانسيل کاهشي متناظر با هر مرحله [2]……………………………………. 16

شکل 1-6: انتقال الکترون از سطح خارجي ميکروب به سطح آند توسط مواد واسط درون­زا و برون­زا [26]……………………………… 18

شکل 1-7: انتقال مستقيم الکترون از سطح سلول ميکروب به سطح آند با تماس مستقيم فيزيکي بين آن‌ها[26]…………………….. 20

شکل 1-8: انتقال الکترون از سطح سلول ميکروب به سطح آند توسط نانوسيم رسانا [26]………………………………………… 20

شکل 1-9: گونه ميکروبي از خانواده (الف) ژئوباکتر (ب) شوانلا و نانوسيم­هاي ايجاد شده [13]……………………………….. 21

شکل 1-10: شمايي از تفاوت بين پيل سوختي ميکروبي و پيل سوختي ميکروبي معکوس 22

شکل 2-1: مقايسه شبيه­سازي مدل [8] و نتايج آزمايشگاهي [9] در غلظت 1 ميلي مولار استات- [8]…………………………………… 31

شکل 3-1: نمايي از نحوه افرازش الکترون­هاي توليد شده از منبع خارجي، توليد انرژي، تکثير سلول­هاي جديد فعال و سازوکارهاي نابودي آنها [1]   40

شکل 3-2: شماي ساده بيوفيلم چسبيده به کاتد و لايه مرزي غلظتي     42

شکل 3-3: الگوريتم حل معادلات مذکور در فصل سوم…….. 56

شکل 4-1: تغييرات پتانسيل الکتريکي در طول بيوفيلم در روزهاي سوم، ششم، نهم، دوازدهم، پانزدهم و هجدهم…………………………………… 58

شکل 4-2: تغييرات غلظت سوبسترا در طول بيوفيلم در روزهاي سوم، ششم، نهم، دوازدهم، پانزدهم و هجدهم…………………………………… 59                   ………………………………………………………

شکل 4-3: تغييرات جزء حجمي ميکروب­هاي فعال در طول بيوفيلم   59

شکل 4-4: تغييرات ضخامت بيوفيلم با زمان………….. 60

شکل 4-5: تغييرات دانسيته جريان با زمان………….. 60

شکل 4-6: تغييرات بازده کلومبيک با غلظت سوبسترا در حجم مايع     63

شکل 4-7: روند تغييرات چگالي جريان با غلظت سوبسترا در حجم مايع  63

شکل 4-8: روند تغييرات ضخامت بيوفيلم با غلظت سوبسترا در حجم مايع    64

شکل 4-9: جمله نرنست-مونود نسبت به پتانسيل کاتد………… 64

شکل 4-10: تغييرات چگالي جريان با پتانسيل سطح کاتد… 65

نمودار 4-11: تغييرات چگالي جريان با زمان در پتانسيل اشباع و غلظت­هاي مختلف……………………………………………. 66

شکل 4-12: تغييرات چگالي جريان با زمان براي غلظت سوبستراي اشباع و پتانسيل­هاي مختلف……………………………………….. 67

شکل 4-13: توزيع ميکروب­هاي فعال در بيوفيلم، پتانسيل کاتد محدود کننده 67

شکل 4-14: توزيع ميکروب­هاي فعال در بيوفيلم، غلظت سوبستراي محدود کننده 68

شکل 4-15 شکل 4-15: مقايسه نتايح حاصل از مدلسازي با نتايج واقعي.  (a نتيجه حاصل از مدلسازي و (b نتايج واقعي …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..69

 

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                                                     صفحه

 

جدول 1-1: تفاوت بين واکنش­هاي انجام شده در بخش آند و کاتد پيل سوختي ميکروبي و پيل سوختي ميکروبي معکوس……………………… 22

جدول4-1: مقادير عددي پارامترها براي حالت مرجع……. 58

جدول 4-2: محدوده تغييرات پتانسيل سطح کاتد و غلظت سوبسترا در حجم مايع    62