عنوان پایان‌نامه
بررسی موجودی فاز پراکنده درستون های استخراج مایع - مایع پرشده ضربه ای با حضور ذرات نانو
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1208.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55977
- تاریخ دفاع
- ۲۱ تیر ۱۳۹۱
- دانشجو
- فاطمه حشمتی فر
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان, حسین بهمنیار
- چکیده
- ستون های ضربه ای از سال 1930میلادی، به دلیل بازده و ایمنی بالا در صنایع هسته ای در کشورهای پیشرفته استفاده شده است. بطور کلی، ستون های ضربه ای شامل ستون سینی دار ضربه ای، ستون پر شده ضربه ای و ستون پاششی ضربه ای می باشند. ستون پر شده ضربه ای یک تماس دهنده دیفرانسیلی است که در فرایندهای وسیعی کاربرد دارد. موجودی فاز پراکنده(هلدآپ )،یکی از پارامترهای کلیدی در طراحی ستون های ضربه ای پر شده می باشد. در این پژوهش به بررسی هلدآپ در ستون های ضربه ای پر شده و همچنین بررسی اثر نانو ذرات بر روی این پارامتر هیدرودینامیکی پرداخته شد. برای این منظور از سیستم شیمیایی کروزین-آب در دو حالت با انتقال جرم و بدون انتقال جرم استفاده شد. کروزین به عنوان فاز پراکنده، آب به عنوان فاز پیوسته و اسید استیک به عنوان جزء منتقل شونده با درصد حجمی 3%(حالت با انتقال جرم) مورد استفاده واقع شد. برای ایجاد ضربه در این ستون از یک دستگاه مولد ضربه که به تازگی اختراع و طراحی شده است،بهره برده شد. برای بررسی اثر شدت ضربه بر روی هلدآپ استاتیک و دینامیک ، با ثابت نگه داشتن فرکانس و تغییر دامنه ضربه، شدت ضربه را افزایش دادیم و آزمایش ها را در شدت ضربه های 7/0،3/1،7/1وcm/s 2/2 انجام دادیم. یک شدت ضربه بحرانیC(A.f) حدود cm/s 5/1 مشاهده شد که در شدت های ضربه کمتر از شدت ضربه بحرانی، با افزایش شدت ضربه قطر قطره ها کاهش یافته، زمان ماند و در نتیجه هلدآپ دینامیک، افزایش می یابد. سپس با افزایش شدت ضربه و گذر از شدت ضربه بحرانی اندازه قطره ها کوچکتر نشده بلکه ضربه وارد شده عامل صعود قطره ها به سمت بالا می شود و این امر زمان ماند قطره ها و هلدآپ دینامیک را کاهش می دهد. به منظور بررسی حضور ذرات نانو بر روی هلدآپ، از نانو ذرات سیلیکا با درصدهای حجمی 01/0،05/0 و 1/0% استفاده کردیم. مشاهده شد که ، افزودن نانو ذرات به فاز پراکنده، سبب کاهش هلدآپ استاتیک کل ستون شده که این امر به دلیل اثر حرکات براونی است که همراه با شکستن و کوچک شدن قطره ها می باشد.از دیگر مشاهدات ، چشمگیر تر بودن شکست قطرات بالای نازل در اثر حرکات براونی در غلظت 05/0% و وجود یک حد بهینه برای افزودن مقدار نانو بود، که از این حد مقدار نانو بیشتر یا کمتر شود، اثر حرکات براونی خنثی می گردد.
- Abstract
- Since 1930, pulsed columns have been used in nuclear industries in developed countries, because of their high efficiency and safety. Pulsed columns, generally, include pulsed perforated–plate columns, pulsed packed columns, and pulsed spray columns. The pulsed packed columns are differential contactors which are used in diverse processes. Holdup of the dispersed phase is one of the fundamental parameters to design the pulsed packed columns. In this study, the holdup in pulsed packed columns and the effect of nanoparticles on this hydrodynamic parameter were considered. For this purpose, a chemical system of kerosene–water was used in two conditions involving in the presence of mass transfer and in the absence of mass transfer. Kerosene as the dispersed phase, water as the continuous phase, and acetic acid as solute by 3 vol% were used (In the presence of mass transfer). Pulsation was obtained via a newly designed pulsator, which has been specifically designed and built for this type of research. For considering the effect of pulsation intensity on the static and dynamic hold up, the pulsation intensities of 0.7, 1.3, 1.7 and 2.2 cm/s were examined, while the frequency was fixed in a certain value. A critical pulsation intensity (A.f)c about 1.5 cm/s was discovered. For pulsation intensities lower than (A.f)c, by increasing pulsation intensity, the droplet diameter was reduced while the residence time, and therefore, the dynamic holdup was increased. However, higher than (A.f)c, not only further increasing the pulsation intensify does not reduce the size of droplets, but also the strong pulsation will cause the droplets to climb up. The latter decreases the residence time of droplets and dynamic holdup. In order to investigate the effect of presence of nanoparticles on holdup, SiO2 nanoparticles were used by volume percentages of 0.01, 0.05 and 0.1%. It was observed that by increasing nanoparticle concentration in the dispersed phase the total static holdup decreases. The reasoning is due to the effect of Brownian motion of particles which is followed by breaking and smaller particles. Another observation was the prominent of breaking of droplets at the top of the nozzle resulted from the Brownian motion at concentration of 0.05 vol%, which is the optimum concentration for nanoparticles; at other concentrations, the effect of Brownian motion will be neglected.
