دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز
| تاریخ ارسال: 1397/12/18 |
چکیده
فرایند استخراج مایع- مایع یکی از روش‌های پرکاربرد جداسازی است که به طور گسترده در صنایع هسته‌ای، داروسازی، شیمیایی، نفت و گاز، تصفیه فاضلاب و غیره به کار گرفته می‌شود؛ و شامل دو مرحله اساسی اختلاط و جداسازی است. یکی از روش‌های اختلاط دو مایع، استفاده از اداکتور می‌باشد. در این تحقیق، یک دستگاه جدید استخراج مایع- مایع بر مبنای اختلاط کننده اداکتوری طراحی و ساخته شده است. و عملکرد هیدرودینامیکی و انتقال جرمی دستگاه شامل پارامترهای هندسی و عملیاتی قطر نازل، قطر گلوگاه ونتوری، نسبت فاصله گلوگاه ونتوری تا نازل، سرعت جت و نسبت دبی دو فاز در مطالعات آزمایشگاهی و مدل‌سازی آنالیز ابعادی، CFD و RSM مورد بررسی قرار گرفته و از سیستم استاندارد مایع-مایع با کشش سطحی بالای آب/ استیک اسید/ تولوئن استفاده شده است. در مطالعات شبیه‌سازی CFD، اعتبارسنجی نتایج به کمک سرعت صعود قطرات و ماندگی با درصد خطاهای 7/20% و 4/15% انجام شد. نتایج نشان داد برای دستیابی به مقادیر نسبت مکش بالا و بازدهی اختلاط و بازدهی انرژی اختلاط می‌بایست: سرعت جت کمتر از مقادیر 2 متر در ثانیه باشد؛ نسبت سطح مقطع گلوگاه ونتوری به نازل حدود 100 باشد؛ نسبت فاصله گلوگاه تا نازل به قطر گلوگاه بین یک الی دو باشد؛ نسبت جریان فاز پیوسته به جریان گسسته پایین باشد. نتایج مطالعات آزمایشگاهی در خصوص اندازه متوسط قطرات (قطر میانگین ساتر) و توزیع اندازه قطرات نشان داد برای اندازه‌های مختلف قطر نازل 0/1 الی 0/3 میلیمتر، طول جت تقریبا مشابه است ولی با تغییرات سرعت، محدوده ظهور جت با افزایش قطر نازل کاهش می‌یابد. با حضور ونتوری، قطرات با میانگین قطر کمتر و توزیع اندازه یکنواخت‌تر به دست می‌آید. کمتر شدن نسبت سطح مقطع گلوگاه به نازل و فاصله گلوگاه تا نازل منجر به ایجاد قطرات ریزتر و توزیع اندازه یکنواخت‌تر می‌شود. افزایش دبی فاز پیوسته باعث ایجاد قطرات درشت‌تر می‌شود. توزیع اندازه قطرات در این دستگاه با مدل N-T دو پارامتری، نسبت به سایر مدل‌ها، تطابق بهتری دارد. برای پیش‌بینی قطر میانگین قطرات و دو پارامتر مدل توزیع اندازه قطرات یک رابطه توانی با اعداد بدون بعد ارائه شده است. برای مطالعات انتقال جرم، با توجه به ماهیت متفاوت عملکرد این دستگاه با سایر ستون‌های استخراج، یک مدل بدون بعد بر اساس پارامترهای عملیاتی برای پیش‌بینی ضریب انتقال جرم ارائه شد که مهمترین پارامتر تاثیر گذار بر ضریب انتقال جرم، نسبت اندازه قطر قطرات به قطر نازل می‌باشد؛ با کاهش اندازه قطر نازل، مقدار ضریب انتقال جرم کلی بیشتر خواهد شد. ضرایب انتقال جرم در جهت انتقال از فاز پیوسته به گسسته مقادیر بالاتری از ضرایب انتقال جرم در جهت گسسته به پیوسته دارد. مطالعات RSM شرایط بهینه برای داشتن ضریب انتقال جرم بیشینه را در مقادیر قطر نازل 1.57 میلیمتر، قطر گلوگاه ونتوری 29.66 میلیمتر، فاصله نازل تا گلوگاه ونتوری 15.85 میلیمتر و نسبت دو فاز 2.79 به دست می‌آید. به کارگیری این نوع دستگاه مزایای مختلفی از جمله کاهش مشکلات خوردگی و آب‌بندی دستگاه استخراج کننده، کاهش زمان تماس دو فاز، عدم نیاز به قطعات متحرک در داخل ستون، ایجاد سطح تماس بین دو فازی بالا و مقادیر بالای ضرایب انتقال جرم و کاهش فضای مورد نیاز به همراه دارد.
واژه‌های کلیدی: استخراج مایع- مایع، اداکتور، جت مایع، اندازه متوسط قطرات ساتر، توزیع اندازه قطرات، ضریب انتقال جرم، هیدرودینامیک، CFD، RSM.
فرایند استخراج مایع- مایع یکی از روش‌های پرکاربرد جداسازی است که به طور گسترده در صنایع هسته‌ای، داروسازی، شیمیایی، نفت و گاز، تصفیه فاضلاب و غیره به کار گرفته می‌شود؛ و شامل دو مرحله اساسی اختلاط و جداسازی است. یکی از روش‌های اختلاط دو مایع، استفاده از اداکتور می‌باشد. در این تحقیق، یک دستگاه جدید استخراج مایع- مایع بر مبنای اختلاط کننده اداکتوری طراحی و ساخته شده است. و عملکرد هیدرودینامیکی و انتقال جرمی دستگاه شامل پارامترهای هندسی و عملیاتی قطر نازل، قطر گلوگاه ونتوری، نسبت فاصله گلوگاه ونتوری تا نازل، سرعت جت و نسبت دبی دو فاز در مطالعات آزمایشگاهی و مدل‌سازی آنالیز ابعادی، CFD و RSM مورد بررسی قرار گرفته و از سیستم استاندارد مایع-مایع با کشش سطحی بالای آب/ استیک اسید/ تولوئن استفاده شده است. در مطالعات شبیه‌سازی CFD، اعتبارسنجی نتایج به کمک سرعت صعود قطرات و ماندگی با درصد خطاهای 7/20% و 4/15% انجام شد. نتایج نشان داد برای دستیابی به مقادیر نسبت مکش بالا و بازدهی اختلاط و بازدهی انرژی اختلاط می‌بایست: سرعت جت کمتر از مقادیر 2 متر در ثانیه باشد؛ نسبت سطح مقطع گلوگاه ونتوری به نازل حدود 100 باشد؛ نسبت فاصله گلوگاه تا نازل به قطر گلوگاه بین یک الی دو باشد؛ نسبت جریان فاز پیوسته به جریان گسسته پایین باشد. نتایج مطالعات آزمایشگاهی در خصوص اندازه متوسط قطرات (قطر میانگین ساتر) و توزیع اندازه قطرات نشان داد برای اندازه‌های مختلف قطر نازل 0/1 الی 0/3 میلیمتر، طول جت تقریبا مشابه است ولی با تغییرات سرعت، محدوده ظهور جت با افزایش قطر نازل کاهش می‌یابد. با حضور ونتوری، قطرات با میانگین قطر کمتر و توزیع اندازه یکنواخت‌تر به دست می‌آید. کمتر شدن نسبت سطح مقطع گلوگاه به نازل و فاصله گلوگاه تا نازل منجر به ایجاد قطرات ریزتر و توزیع اندازه یکنواخت‌تر می‌شود. افزایش دبی فاز پیوسته باعث ایجاد قطرات درشت‌تر می‌شود. توزیع اندازه قطرات در این دستگاه با مدل N-T دو پارامتری، نسبت به سایر مدل‌ها، تطابق بهتری دارد. برای پیش‌بینی قطر میانگین قطرات و دو پارامتر مدل توزیع اندازه قطرات یک رابطه توانی با اعداد بدون بعد ارائه شده است. برای مطالعات انتقال جرم، با توجه به ماهیت متفاوت عملکرد این دستگاه با سایر ستون‌های استخراج، یک مدل بدون بعد بر اساس پارامترهای عملیاتی برای پیش‌بینی ضریب انتقال جرم ارائه شد که مهمترین پارامتر تاثیر گذار بر ضریب انتقال جرم، نسبت اندازه قطر قطرات به قطر نازل می‌باشد؛ با کاهش اندازه قطر نازل، مقدار ضریب انتقال جرم کلی بیشتر خواهد شد. ضرایب انتقال جرم در جهت انتقال از فاز پیوسته به گسسته مقادیر بالاتری از ضرایب انتقال جرم در جهت گسسته به پیوسته دارد. مطالعات RSM شرایط بهینه برای داشتن ضریب انتقال جرم بیشینه را در مقادیر قطر نازل 1.57 میلیمتر، قطر گلوگاه ونتوری 29.66 میلیمتر، فاصله نازل تا گلوگاه ونتوری 15.85 میلیمتر و نسبت دو فاز 2.79 به دست می‌آید. به کارگیری این نوع دستگاه مزایای مختلفی از جمله کاهش مشکلات خوردگی و آب‌بندی دستگاه استخراج کننده، کاهش زمان تماس دو فاز، عدم نیاز به قطعات متحرک در داخل ستون، ایجاد سطح تماس بین دو فازی بالا و مقادیر بالای ضرایب انتقال جرم و کاهش فضای مورد نیاز به همراه دارد.
واژه‌های کلیدی: استخراج مایع- مایع، اداکتور، جت مایع، اندازه متوسط قطرات ساتر، توزیع اندازه قطرات، ضریب انتقال جرم، هیدرودینامیک، CFD، RSM.
دفعات مشاهده: 4303 بار |
دفعات چاپ: 636 بار |
دفعات ارسال به دیگران: 0 بار |
0 نظر
