عنوان پایان‌نامه
مطالعه رفتار راکتورحبابی با درنظر گرفتن توزیع اندازه حباب ها
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 936.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 45362
- تاریخ دفاع
- ۰۹ خرداد ۱۳۸۹
- دانشجو
- محمد رمضانی
- استاد راهنما
- نوید مستوفی, محمدرضا مهرنیا
- چکیده
- مدل¬های ریاضی اولین مرحله برای ارزیابی تحلیلی طراحی راکتورهای گاز ـ مایع و پیشگویی داده¬های حاصل از واکنش موجود در راکتور می باشند. مدل ها باید یک توصیف علمی از آنچه که در راکتور به وقوع می¬پیوندد، ارائه کنند و بر پای? ترکیبی از نتایج آزمایش¬ها و قوانین فیزیکی و شیمیایی باشند. با توجه به این نکته که تحقیق¬های اندکی در رابطه با مدل-سازی راکتورهای حبابی با در نظر گرفتن واکنش انجام شده است. در این پژوهش به مدل¬سازی راکتورهای حبابی با در نظر گرفتن واکنش شیمیایی و توزیع اندازه حباب¬ها پرداخته شد. برای این منظور، پارامترهای هیدرودینامیکی نظیر ضریب انتقال جرم کلی (kLa)، نگهداشت (?_G)، قطر میانگین (ds)، ضریب انتقال جرم سمت مایع (kL) و سطح مشترک گاز ـ مایع (a) و همچنین پارامترهای سینتیکی واکنش اکسیداسیون گلوکز در راکتور حبابی ساخته شده به ابعاد m 12/0 طول، m 7/0 ارتفاع و m 05/0 عرض تعیین شد. برای به¬دست آوردن ضریب انتقال جرم کلی از سنسور اکسیژن متر، که متصل به یک کامپیوتر شخصی بود، استفاده شد. مشاهده گردید که kLa با افزایش سرعت ظاهری زیاد و با افزایش غلظت گلوکز کاهش می¬یابد. همچنین سرعت ظاهری اثر مثبت بر روی ?_G داشت در حالی¬که افزایش غلظت گلوکز، نگهداشت را نیز کاهش داد. پارامترهای سینتیکی معادله مایکلس ـ منتن واکنش اکسیداسیون گلوکز از طریق تیتراسیون و رگرسیون غیر خطی به¬دست آمدند. نتایج حاصل با دیگر کارهای انجام شده در این زمینه مقایسه گردید. برای مدل¬سازی واکنش، از توزیع اندازه حباب¬ها استفاده شد. بدین صورت که با فرض پایا بودن جریان و صرف نظر کردن جمله مربوط به نفوذ انتقال جرم، معادله پیوستگی جزء اکسیژن در فاز مایع و گاز ساده گردید و سپس ترم مربوط به توزیع اندازه حباب¬ها، با ایده¬ای کاملاً جدید، وارد معادله پیوستگی شد. نتایج حاصل نشان داد که غلظت اکسیژن در طول راکتور کاهش می¬یابد و در ارتفاع مشخصی از راکتور ثابت باقی می¬ماند. در نهایت نتایج حاصل از مدل¬سازی با روش دو حباب، سه حباب و توزیع کامل حباب¬ها با یکدیگر مقایسه شد و مشخص شد که مدل¬سازی با در نظر گرفتن توزیع اندازه حباب¬ها بیشترین مطابقت را با داده¬های تجربی دارد.
- Abstract
- Few investigations have focused on modeling of bubble columns with considering chemical reaction. Thereby, modeling of bubble column, with considering of reaction and bubble size distribution, was studied in this work. Hydrodynamic parameters such as kLa, ?_G, ds, kL, a and kinetic parameters related to oxidation of glucose were determined in a bubble column with dimension of 0.12 m width, 0.7 m height and 0.05 m depth. For obtaining overall mass transfer coefficient, oxygen sensor that was connected to PC was used. With the results of experimental data, it was observed that kLa increases with increasing superficial gas velocity and decreases with increasing concentration of glucose. Furthermore, superfacial gas velocity has positive effect on ?_G whereas glucose concentration decreases ?_G. Kinetic parameters of Michaelis-Menten equation related to oxidation of glucose were calculated with titration and nonlinear regression method. The results of this work were compared with other investigations and found a good agreement between them. Bubble size distribution was used for modeling the bubble column reactor. First, the equation of continuity of oxygen component in gas and liquid phases were simplified with the assumptions of steady state flow and ignoring the mass transfer by diffusion. Then, the bubble size distribution was introduced into the equations. Results of modeling procedure indicated that oxygen concentration decreases along the reactor and it reaches a plateau after specific height of reactor. At last, the results of modeling procedure used in the case of two, three and complete bubble size distribution were compared with the experimental results and concluded that modeling by considering complete distribution of bubbles fits better to the data than others.
