دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

مهندس فاطمه اردستانی دانشجوی دوره دکتری مهندسی شیمی، به صورت حضوری در ساعت ۱۰:۰۰ روز سه شنبه هشتم شهریور ماه ۱۴۰۱ در دانشکده مهندسی شیمی، از رساله خود با عنوان " مطالعه تجربی و مدل‏سازی پارامترهای هیدرودینامیکی و ضرایب انتقال جرمی در ستون ضربه‏ای سینی دار افقی-عمودی (L- شکل) " با راهنمایی آقایان دکتر احد قائمی و دکتر سید جابر صفدری دفاع خواهد نمود.

 

در این تحقیق رفتار هیدرودینامیکی و انتقال جرمی یک ستون استخراج ضربه‏ای افقی-عمودی از نوع سینی‏دار در مقیاس نیمه صنعتی در فرآیند استخراج اورانیوم از محلول نیترات اورانیل توسط محلول ((v/v)۳۰%) تری بوتیل فسفات  (TBP)/ کروزن  مورد بررسی قرار گرفته است. ستون های ضربه ای در دو ساختار عمودی و افقی طراحی و ساخته شده اند. مشکل ارتفاع زیاد نمونه صنعتی ستون عمودب و همچنین ظرفیت پایین ستون افقی به دلیل عدم بهره مندی از نیروی شناوری، سبب شده است ساختار سوم افقی- عمودی مدنظر قرار گیرد و بتوان با ترکیب آنها از مزایای هر دو ساختار بهره برد و معایب آنها را پوشش داد. با این کار ارتفاع زیاد نمونه صنعتی با افقی ساختن بخشی از آن کاهش می یابد و ظرفیت قسمت افقی نیز به دلیل نیروی مکش ایجاد شده در نقطه اتصال دو بخش افزایش می یابد. همچنین علاوه بر سیستم فوق، به منظور بررسی پارامترهای هیدرودینامیکی بطور جامع، چهار سیستم شیمیایی دیگر با کشش سطحی‏های متفاوت تحت شرایط بدون انتقال جرم شامل آب- کروزن، اسید نیتریک- ((v/v)۵%) TBP/ کروزن، اسید نیتریک- ((v/v) ۱۵%) TBP/ کروزن و اسید نیتریک- ((v/v)۳۰%) TBP/ کروزن مورد آزمایش قرار گرفته‏اند. پارامترهای مورد بررسی شامل اندازه قطرات، توزیع اندازه قطرات، موجودی فاز پراکنده، سرعت لغزشی و ضریب حجمی انتقال جرم و ضرایب پراکندگی محوری فاز پیوسته و پراکنده بوده‌اند که با تغییر پارامترهای عملیاتی نظیر شدت ضربه، دبی حجمی فازهای پراکنده و پیوسته مورد آنالیز حساسیت قرار گرفته‌اند. مشاهدات تجربی گویای آن است که شدت ضربه بیشترین تاثیر را بر رفتار پارامترهای مورد بررسی داشته است به طوریکه افزایش آن ضمن کاهش اندازه قطره تا ۵۵ %، موجب افزایش شدت انتقال جرم می‌گردد. همچنین افزایش شدت ضربه منجر به کاهش موجودی فاز پراکنده تا ۴۷ % در هر دو بخش ستون می‌شود. دبی فاز پراکنده تأثیر بیشتری بر روی موجودی فاز پراکنده نسبت به دبی فاز پیوسته دارد. به منظور تعیین ضرایب انتقال جرم، جریان‌های فازی به کمک سه مدل جریان قالبی، اختلاط محوری و اختلاط پیشرو مورد مدلسازی قرار گرفته‌اند که مدل اختلاط محوری و اختلاط پیشرو نتایج به مراتب دقیق‌تری نسبت به مدل جریان قالبی ارائه دادند. به طوریکه میانگین خطای حاصل از پیش بینی توزیع غلظت جزء منتقل شونده در طول ستون برای مدل اختلاط محوری و اختلاط پیشرو کمتر از ۱۰% می‏باشد در حالیکه همین خطا برای مدل جریان قالبی حدودا کمتر از ۳۰% است. علاوه بر این نتایج نشان داد که افزایش پارامترهای عملیاتی  موجب افزایش ضریب کلی حجمی ضریب انتقال جرم می‌شود. ضرایب پراکندگی محوری فاز پیوسته و پراکنده به‌شدت تحت تأثیر شدت ضربه قرار دارند و ضریب پراکندگی محوری فاز پیوسته به‌طور قابل‌توجهی بالاتر از ضریب پراکندگی محوری فاز پراکنده است. در نهایت با استفاده از آنالیز ابعادی بدون بعد روابطی به منظور پیش‌بینی پارامترهای هیدرودینامیکی و ضرایب انتقال جرمی براساس هر یک از مدلهای انتقال جرم در ستون استخراج ضربه‌ای افقی- عمودی از نوع سینی‏دار، پیشنهاد شده است که با میانگین خطای نسبی مطلق کمتر از ۱۰% توافق خوبی با داده‌های تجربی از خود نشان می‌دهند.
کلمات کلیدی: استخراج مایع- مایع، ستون ضربه‏ای سینی‏دار افقی- عمودی، ضریب انتقال جرم، مدل پراکندگی محوری، مدل اختلاط پیشرو.