دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس مهدی اسداله­زاده ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 4 بهمن ماه 1394 ، از رساله خود با عنوان « مطالعه تجربی هیدرودینامیک و انتقال جرم در یک ستون استخراج اولدشو- راشتون » با راهنمایی دکتر شاهرخ شاه حسینی و دکتر میثم تراب مستعدی دفاع نمودند .

چکیده

رفتار هیدرودینامیکی و انتقال جرمی یک ستون اولدشو- راشتون نه مرحله‌ای در مقیاس نیمه صنعتی با استفاده از سه سیستم مایع-مایع مختلف (تولوئن-استن-آب، بوتیل استات-استن-آب و بوتانل-استن-آب) به طور دقیق، در این رساله مورد بررسی قرار گرفت.

قطر قطرات، موجودی فاز پراکنده در این ستون تحت شرایط عملیاتی متفاوت اندازه‌گیری شد و مشاهده شد که این دو پارامتر به شدت از سرعت اختلاط اثر می‌پذیرند. افزایش سرعت اختلاط موجب افزایش موجودی فاز پراکنده می‌گردد. زیرا که شکست قطرات افزایش یافته و در نتیجه اندازه قطرات کاهش می‌یابد. کاهش اندازه قطرات موجب کاهش سرعت آنها نسبت به فاز پیوسته شده و با افزایش تعداد قطرات درون ستون، موجودی فاز پراکنده افزایش می‌یابد.

توابع توزیع اندازه قطرات (توزیع نرمال و لگاریتمی) با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفتند. پارامترهای ثابت در این توابع با استفاده از شدت اختلاط، دبی جریان‌ها و کشش سطحی مدل شدند. علاوه بر این، روش ماکزیمم آنتروپی برای پیش‌بینی توزیع اندازه قطرات در این ستون مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج بسیار خوبی از پیش‌بینی این روش در تعیین توزیع اندازه قطرات بدست آمد.

شدت اختلاط برای سیستم تولوئن-آب (کشش بین سطحی بالا) در مقایسه با سیستم بوتانل- آب (کشش بین سطحی پایین) نشان می‌دهد که اثر افزایش شدت اختلاط  موجب کاهش سرعت لغزشی می‌شود که این کاهش در سیستم‌ بوتانل-آب کمتر از سیستم تولوئن-آب است که این موضوع به علت محدود شدن شکست قطرات در سیستم با کشش بین سطحی پایین‌تر است.

برای پیش‌بینی قطر میانگین ساتر قطرات، موجودی فاز پراکنده، سرعت مشخصه، سرعت لغزشی از اعداد بدون بعد استفاده گردید. نتایج تحقیق نشان داد که روابط پیشنهاد شده دارای دقت بسیار بالایی در پیش‌بینی این پارامترهای هیدرودینامیکی هستند.

همچنین به بررسی چهار رابطه سرعت لغزشی (پرت، لتان، میسک و ریچاردسون- زاکی) در این ستون پرداخته شد و تطابق خوبی میان نتایج حاصل از این روابط با داده‌های تجربی سرعت لغزشی مشاهده شد. شرایط طغیان با استفاده از مدل ریچاردسون- زاکی پیش‌بینی شدند و علاوه بر این، روابط جدیدی برای تعیین موجودی فاز پراکنده و ظرفیت ورودی کلی در شرایط طغیان ارائه شد.

ضریب کلی حجمی انتقال جرم در این ستون تحت شرایط عملیاتی متفاوت اندازه‌گیری شد و مشاهده شد که عملکرد ستون به شدت از سرعت اختلاط اثر می‌پذیرد و دبی فازها اثر کمتری بر روی ضرایب انتقال جرم می‌گذارند.

ضرایب کلی انتقال جرم فاز پراکنده و فاز پیوسته با مدل‌های ارائه شده در مقالات مقایسه شدند، نتایج نشان داد که این مدلها برای طراحی دارای دقت کافی نمی‌باشند و بنابراین، روابط تجربی برای پیش‌بینی آنها بر مبنای اعداد بدون بعد پیشنهاد شد. این روابط با میانگین مطلق خطاهای نسبی به ترتیب برابر با 02/9% و 46/9% قادر به پیش‌بینی ضرایب کلی انتقال جرم فاز پراکنده و پیوسته می‌باشند. نتایج و روابط ارائه شده برای پارامترهای هیدرودینامیکی و ضرایب انتقال جرم، از جمله دستاوردها و نوآوری‌های این رساله به شمار می‌روند.

کلمات کلیدی:

ستون اولدشو-راشتون، موجودی فاز پراکنده، قطر میانگین ساتر قطرات، توزیع اندازه قطرات، سرعت لغزشی، سرعت مشخصه، طغیان، ضرایب کلی انتقال جرم، بازده مرحله‌ای