عنوان پایان‌نامه
مطالعه تئوری-تجربی اندازه حباب دربیوراکتورهای هوادهی شده بادرنظر گرفتن به هم پیوستن وازهمگسستن حبابها
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- فرآیندهای کاغذسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1134;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53348
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۸۷
- دانشجو
- سیمین مجدزرین قلم عراقی
- استاد راهنما
- نوید مستوفی
- چکیده
- راکتورهای حبابی و هواگرد که به علت مزایای فراوانشان سال هاست در فرآیندهای شیمی، پتروشیمی، بیوشیمی و زیستی مورد استفاده قرار گرفتهاند، امکان تماس بین گاز و مایع و انتقال جرم بین آن دو را فراهم میسازند. در این رآکتورها سه نوع رژیم جریان وجود دارد، در سرعتهای ظاهری کم گاز رژیم هموژن اتفاق میافتد و با افزایش سرعت ظاهری گاز به رژیم انتقالی و سپس هتروژن تبدیل میشود. رفتار هیدرودینامیکی، انتقال جرم، انتقال حرارت و رفتار اختلاط در رژیمهای مختلف کاملاً متفاوت هستند و از آ«جا که در طراحی رآکتور دانستن هیدرودینامیک جریان بسیار مهم است، در نتیجه به اهمیت دانستن رژیم جریان پی میبریم. در این تحقیق از این حقیقت که در رژیمهای جریانی مختلف توزیع اندازه حبابها در راکتور متفاوت خواهد بود استفاده شده و برای پی بردن به چگونگی توزیع اندازه حبابها از مدل موازنه جمعیت (PBM) استفاده شده. معادله موازنه جمعیت توصیف آماری فاز پراکنده است و فرآیندهای متفاوتی را که توده ذرات را کنترل میکند(از جمله شکستن و به هم پیوستن حبابها) به حساب میآورد. اما مشکل اصلی فراهم کردن یک مدل منطقی برای شکستن و به هم پیوستن حبابها است، که البه تلاشهای بسیاری هم در این زمینه انجام شده است اما به دلیل پیچیدگی و چند مکانیسمی بودن شکست و پیوند حبابها بر اساس مکانیسم های مختلف ارائه شده است که عبارتند از: به هم پیوستن به علت ادیهای متلاطم، سرعتهای صعود متفاوت، اثر ویسکوز و به دنبال خط حرکت کشیده شدن و از هم گسستن به علت تصادم با ادیها و ناپایداری حبابهای بزرگ. در اکثر کارهایی که به کمک PBM در یک سیستم گاز- مایع انجام شده، مدلهای ساده شده را برای شکستن و به هم پیوستن حبابها به کار بردهاند و همه مکانیسمها را وارد محاسبات نکردهاند. در این پایان نامه همه مکانیسمها مدنظر قرار گرفته و نتایج به دست آمده با نتایج تجربی موجود مقایسه و مشاهده شد از تطابق قابل قبولی برخوردارند. در نهایت به کمک انطباق دادن نتایج تئوری با نتایج تجربی فرمولی برای یکی از پارامترهای دخیل در معادلات(ثابت به هم پیوستن حبابها) ارائه شده که در انتها گزارش شده است. در این مسیر برای حل معادلات موجود از نرم افزار مطلب بهره برده و سیستمهای مورد مطالعه آبی و نفتی بوده و عمدتاً در دو سرعت هوادهی مختلف و در دو مقطع بالا و پایین ستون بررسی شدهاند.
- Abstract
- Bubblecolumn and air lift reactors are frequently used in chemical,petrochemical, and biochemical industries due to their numerous advantages,including providing the contact between liquid and gas phases and consequently providing the interphase mass transfer. There are three types of flow regimes commonly detected in these reactors. The homogenous regime is observed at low superficial gas velocities, which turns into transition regime, followed by heterogeneous regime by increasing the superficial gas velocity. Since the hydrodynamic (I,e., heat and mass transfer and mixing) are quiet unique in any of the above mentioned regimes, it is essential to recognize the hydrodynamics and flow regimes transition in the designing these reactors. In this study the population balanced model (PBM) was used to evaluate the bubble size distribution, which then enables one to predict the theoretical flow regime transition in bubble columns. The major problem comes from providing reasonable bubble coalescence and breakup expressions. Although there are many studies devoted to the bubble coalescence and breakup behaviors. There are still many short coming in this area, due to the complexity and multiple mechanisms of bubble coalescence and breakup. In the present study, several model were considered for bubble coalescence and breakup based on their different mechanisms (coalescence due to turbulence eddies, different bubble size velocity, shear stress, bubble wake entrainment and breakup due to eddy collision and large bubble instability). The majority of the researches on the PBM in gas-liquid systems have used simplified models for bubble coalescence and breakup without taking into accounted the effect of multiple mechanisms. In this study, all possible mechanism for bubble coalescence and breakup were taken into account and theoretical results were compared with the empirical results. It was shown that the model prediction is satisfactory in agreement with experimental result with an acceptable level of engineering error. Also, an empirical correlation was developed for the coalescence parameters, using the experimental data. The proposed model and correlation can be applied to the oil-based liquid as well as air-water system.
