عنوان پایان‌نامه
بررسی انتقال جرم به فاز پراکنده از فاز مداوم در یک ستون پرشده با پکینگ منظم در حضور نانو ذره SiO۲
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1336.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59829
- تاریخ دفاع
- ۲۰ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- فرشته سلیمی ننادگانی
- استاد راهنما
- حسین بهمنیار
- چکیده
- عوامل مختلفی نظیر دبی فاز پراکنده، قطر نازل، غلظت های مختلف نانو ذره، کشش بین فازی بر مقادیر ضریب انتقال جرم و بازده تاثیر دارند. همه این عوامل به نحوی باعث تغییر قطر متوسط قطره می شوند. اندازه قطره پارامتر اساسی و موثر در شرایط عملیاتی ستون استخراج به شمار می‌رود. زمانی که انتقال جرم وجود دارد، توزیع غلظت جزء منتقل شونده (با توجه به جهت انتقال جرم) در داخل ستون به وجود آمده، که این توزیع غلظت، بر خواص فیزیکی سیالات مورد استفاده تاثیر مستقیم گذاشته و در نتیجه هیدرودینامیک ستون تغییر می‌کند. در این پژوهش از یک ستون پرشده منظم و سیستم شیمیایی آب- اسید استیک- کروزین استفاده شده است. در تمام آزمایش ها جهت انتقال جرم از فاز پیوسته به فاز پراکنده می باشد. با استفاده از دو نازل و سه دبی فاز پراکنده اندازه قطرات تغییر داده شد. هم چنین تاثیر حضور نانوذرات بر ضریب انتقال جرم و بازده استخراج مورد بررسی قرار گرفت. افزودن نانوذرات به دلیل افزایش چرخش های درونی تا غلظت بحرانی از نانو ذره باعث افزایش بازده انتقال جرم می شود، بعد از غلظت بحرانی به علت پدیده اگلومریزاسیون (تغییر مکانیزم انتقال جرم از نفوذ چرخانه ای به نفوذ مولکولی در اثر تجمع نانوذرات) بازده کاهش می یابد. در نازل 1mm با قطرات ریز، غلظت بحرانی 0/05 درصد حجمی نانو (افزایش 42 درصدی بازده) و در نازل 2/5mm با تک قطره های درشت، غلظت بحرانی 0/10 درصد حجمی نانو (افزایش 67 درصدی بازده) می باشد. با توجه به بیشتر بودن چرخش های درونی در قطره های بزرگتر، به ازای قطره های درشت تر، ضریب انتقال جرم قطره مقادیر بزرگتری دارد. ضریب انتقال جرم با افزودن نانو ذرات تا غلظت 0/01 درصد حجمی به دلیل افزایش کشش بین سطحی و بزرگتر شدن اندازه قطرات افزایش می یابد و در ادامه با افزایش غلظت نانوذرات به 0/05 درصد حجمی به دلیل افزایش حرکات براونی و شکست قطره و در نتیجه کوچک شدن قطرات، کاهش می یابد. با افزودن مقدار بیشتر نانوذره (0/10 درصد حجمی) کشش بین سطحی غالب شده و اندازه قطره افزایش می یابد، بنابراین افزایش ضریب انتقال جرم داریم. نتایج تجربی به دست آمده با مدل های دیگر انتقال جرم در فاز پراکنده مقایسه شده اند، که نتایج حاکی از آن است که ضریب انتقال جرم فاز پراکنده برای قطرات ریزتر به سمت مدل کرونیگ و برینک و برای قطرات درشت تر به سمت مدل هندلس و بارون میل می کند.
- Abstract
- Rate of the dispersed phase, nozzle diameter, volumetric concentration of nanoparticles, and interfacial tension influence on efficiency and mass transfer coefficient. All of them influence on the mean droplet diameter (sauter). This study is to investigate effects of nanoparticles on the efficiency and mass transfer coefficient. In all experiments, the mass transfer is from the continuous phase (water saturated with kerosene and acetic acid) to the dispersed phase (kerosene saturated with water) in the packed column. Drop diameter changes with 2 nozzles and 3 flow rates of the dispersed phase. Efficiency increases due to adding nanoparticles to dispersed phase before critical volumetric concentration, because of changing of mass transfer mechanism from molecular diffusion to eddy. After critical volume concentration, efficiency decreases due to agglomeration. In the nozzle with 1mm diameter, critical volumetric concentration is 0.05 volumetric percent (42% increase of efficiency). In nozzle with 2.5mm diameter, critical volumetric concentration is 0.01 volumetric percent (67% increase of efficiency). Mass transfer coefficient increases with increasing concentration of nanoparticles by volumetric due to increasing of surface tension. Adding of nanoparticles by 0.05 volumetric percent, mass transfer coefficient decreases due to increasing of brownian motion and breaking of drops. Finally, at the concentration of 0.10%, mass transfer coefficient increases with increasing of drop diameter. Experimental mass transfer coefficient for small drops is close to Kronig & Brink model and for large drops is close to Handlos & Baron model.
