عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی طراحی ستون های ضربه ای سینی دار با استف
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 35992;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 686.
- تاریخ دفاع
- ۱۵ مهر ۱۳۸۶
- دانشجو
- لاله نظری
- استاد راهنما
- حسین بهمنیار
- چکیده
- ستونهای ضربه ای یکی از مهمترین استخراج کننده های مایع – مایع هستند که کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارند. این ستونها معمولا به دو صورت پر شده و سینی دار وجود دارند. در طراحی این ستون ها، تعیین ضریب انتقال جرم به عنوان یکی از زیربنایی ترین پارامترها از اهمیت زیادی برخوردار است. برای تعیین ضرایب انتقال جرم، دستیابی به ضرایب نفوذ، امری مهم و ضروری است. در این رساله ابتدا به مروری بر کارهای قبلی انجام شده در زمینه تعیین ضرایب انتقال جرم پرداخته شده و مجموعه ای از مدلهای موجود مورد بررسی قرار گرفته است. سپس به کمک نتایج حاصل از کار تجربی قبلی انجام شده بر روی یک ستون ضربه ای سینی دار نیمه صنعتی و با استفاده از دو سیستم شیمیایی آب/ استون/ تولوئن (سیستمی با کشش بین سطحی بالا) و آب/ استون/ بوتیل استات (سیستمی با کشش بین سطحی متوسط)، مقادیر تجربی با نتایج حاصل از مدلهای تئوری مقایسه شده است. مقایسه مقادیر تجربی با مدلها حاکی از آنست که اگرچه بعضی از این معادلات جوابهای قابل قبولی ارائه می دهند، اما از دقت کافی در طراحی برخوردار نیستند. جایگزینی ضریب نفوذ مؤثر بجای ضریب نفوذ مولکولی و تلاش در دستیابی آن به صورت تجربی، اساس این تحقیق می باشد. استفاده از ضریب نفوذ مؤثر در روابط حاصله از حل معادلات پیوستگی در مختصات کروی، منجر به پیش بینی دقیق تری از ضرایب انتقال جرم شده است. نتایج حاصل از کار تجربی ، منجر به پیش بینی ضریب نفوذ مؤثر در قالب عدد رینولدز شده است. استفاده از مدل ارائه شده در پیش بینی ضرایب انتقال جرم و دستیابی به ارتفاع ستون ، توافق بسیار خوبی با مقادیر تجربی را نشان می دهد و برای طراحی پیشنهاد می شود. همچنین دستیابی به غلظت جزء حل شونده در نقاط مختلف ستون، در بدست آوردن تغییرات خواص فیزیکی در طول ستون و طراحی هرچه دقیق تر و بهتر واحدهای عملیاتی بسیار مؤثر است. در این تحقیق، به منظور بررسی بیشتر صحت معادله بدست آمده برای ضریب نفوذ مؤثر و همچنین دستیابی به طراحی هر چه دقیق تر از ستونهای ضربه ای سینی دار، با استفاده از داده های تجربی و معادله پیشنهاد شده، غلظت جزء منتقل شونده در نقاط مختلف ستون محاسبه شده است. مقایسه مقادیر تجربی با مدلها حاکی از آنست که مدل ارائه شده، از میانگین خطای کمتری (حدود پانزده درصد) در مقایسه با مدلهای سایر محققین برخوردار بوده و استفاده از آن در پیش بینی تغییرات غلظت جزء حل شونده و تغییرات خواص فیزیکی در طول ستون های ضربه ای سینی دار و طراحی هر چه دقیق تر اینگونه واحدهای عملیاتی پیشنهاد می شود.
- Abstract
- Pulsed columns are one of the most important liquid – liquid extraction equipments which have an extensive application in different industries. A pulsed extraction column may contain ordinary packing or special sieve plates. Determination of the mass transfer coefficients as one of the fundamental parameters is of great importance in pulsed columns design. In order to determine mass transfer coefficients, it is essential to achieve molecular diffusivities. In this thesis, previous works which have been done on calculating mass transfer coefficients is reviewed and a set of present models is examined. Afterwards, by using experimental data of a previous empirical work on a pilot pulsed sieve plate extractor and two chemical systems, Water/Acetone/Toluene (high interfacial tension) and Water/Acetone/Butyl Acetate (medium interfacial tension), the accuracy of the models is studied. Comparison between these models and the experimental results shows that although some of these equations may have satisfactory results, but they do not have enough accuracy for design. This research is based on the substitution of effective diffusivity for molecular diffusivity and attempt to access it experimentally. Using effective diffusivity in equations which have been derived from solving of continuity equation in spherical coordinates will result in more accurate prediction of mass transfer coefficients. Experimental results will lead to prediction of effective diffusivity as a function of Reynolds number. Making use of the presented model in prediction of mass transfer coefficients and calculation of column’s height is in great compatibility with experimental results and is suggested for better design. Obtaining the solute concentration in different heights of the column has a great influence on achieving the physical properties changes along the column and designing the unit operations in a more precise and accurate way, as well. In this thesis, in order to examine the accuracy of the proposed equation for effective diffusivity and access a more precise way to design pulsed sieve plate extraction columns, solute concentration changes along the column is calculated by using the experimental data and the equation mentioned above. Comparison between the models and the experimental results shows that the proposed equation has much less average errors than the models presented in previous literature and it is suggested for predicting solute concentration and physical properties changes along the column and precise design.
