عنوان پایان‌نامه
مطالعه تجربی و مدل سازی هیدرودینامیک بسترهای سیال سه فازی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 45106;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 934.
- تاریخ دفاع
- ۲۹ تیر ۱۳۸۹
- دانشجو
- امیر شیخی
- استاد راهنما
- رحمت ستوده قره باغ
- چکیده
- بسترهای سیال سه فازی، به عنوان مهمترین و در عین حال پیچیده ترین محیط تماس سه فاز گاز، مایع و جامد در راکتورهای صنعتی به حساب می آیند. به منظور شناخت هر چه بیشتر هیدرودینامیک این راکتورها جهت تحقق اهدافی همچون طراحی، تنظیم شرایط عملیاتی، بهبود عملکرد و افزایش مقیاس، پایش نوسان های فشار موضعی و همچنین ارتعاشات پوسته بستر، در محدوده بسیار وسیعی از شرایط عملیاتی، در بستری به قطر 9 سانتی متر و ارتفاع 2 متر، حاوی ذرات شن، انجام شد. انحراف معیار نوسان های فشار بستر، سه ناحیه اساسی را حاصل کرد که مشخصات رفتاری مهمی از هیدرودینامیک بستر، مانند سرعت مایع حداقل سیالیت و تغییر رژیم، از آن برآورد گردید. همچنین، چولگی نوسان های فشار، دو ناحیه اصلی را نشان داد. برجستگی نوسان های فشار، در محدوده رخداد پدیده های مهم بستر، نشانگر یک مقدار بیشینه به عنوان آغاز یک نزول یا یک نزول بدون بیشینه موضعی بود. تئوری اثر دوگانه جامد بر هیدرودینامیک موضعی بستر، مطرح شد و مورد تحقیق قرار گرفت. میانگین فرکانس دوره نوسان های فشار به عنوان روشی نوین و موفق در توجیه پدیده های هیدرودینامیکی بستر ارائه گردید. با وجود آن که تحلیل در حوزه فرکانس، روند کلی رفتار درون بستر را نشان داد، اما این تغییر روند همراه با بی نظمی بود. دید کلی از هیدرودینامیک بستر با استفاده از نوسان های ارتعاش پوسته بستر حاصل گردید که توانایی بسیار زیاد به کار گیری این روش در فرآیندهایی که در شرایط عملیاتی بسیار شدید از دما و/یا فشار انجام می پذیرند را نشان می دهد. اثر دوگانه سرعت مایع بر رژیم جریانی غالب بستر تایید شد. همچنین بر این اساس نحوه جدیدی از نامگذاری رژیم های جریانی که تطابق بهتری با مشاهدات تجربی داشت، ارائه گردید. بیشینه انحراف معیار نوسان های ارتعاش بستر، در فاصله بین شرایط حداقل سیالیت و تغییر رژیم موضعی (که توسط ارزیابی نوسان های فشار حاصل گردید) رخ داد که معیاری از تغییر رژیم کلی بستر است. برخلاف بسترهای دوفازی گاز-جامد، این معیار به عنوان روشی جهت تعیین سرعت مایع حداقل سیالیت پیشنهاد نمی شود. تغییر شیب برجستگی نوسان های ارتعاش در نزدیکی شرایط حداقل سیالیت اتفاق افتاد اما مشخص کننده دقیقی برای حداقل سیالیت نبود. چولگی سیگنال های ارتعاشی بسیار نامنظم و فاقد روند مشخصی بود. اثر رزونانسی بستر در طیف فرکانسی نوسان های ارتعاش مشهود و مستقل از حضور جامد در بستر است. همچنین، شکستگی در نمای هورست، نشانه چند برخالی بودن سیستم های سه فازی است. فراتر از این، تمامی مطالعه اخیر بر روی بسترهای دوفازی گاز-مایع و مایع-جامد نیز انجام شد و روش های نوینی جهت تحلیل این سیستم ها برای اولین بار در دنیا (با توجه به منابع علمی بررسی شده)، مطرح گردید.
- Abstract
- Three-phase fluidized beds are known as the most important and complex systems of interaction between three phases of gas, liquid, and solid in the industrial reactors. To learn about the hydrodynamics of such reactors for design, operation, development and scale up purposes, local pressure fluctuations and bed shell vibrations were studied in a 9 cm ID and 2 m height reactor filled with certain amounts of sand particles in a wide range of operating condition. Standard deviation of pressure fluctuations showed three distinct regions from which the most important hydrodynamics characteristics such as minimum liquid-fluidization velocity and regime change were obtained. Also, skewness of pressure fluctuations showed two main regions. Kurtosis of pressure fluctuations indicated the important hydrodynamics events by whether a local maximum followed by a decreasing manner or a direct drop. Theory of dual effect of solid particles on local hydrodynamics was offered and investigated. Average cycle frequency of pressure fluctuations was suggested as an innovative and successful method to explain hydrodynamics phenomena in the bed. Although, study in the frequency domain illustrated the behavior of the bed, it didn’t present an ordered manner. Overall standpoint of the hydrodynamics of the bed was obtained by the analysis of the bed shell vibrations which offered the potential of this method in processes operated at severe conditions of temperature and/or pressure. Dual effect of the liquid velocity on the governing flow regime was also checked. Moreover, based on such investigation, new method of regime nominations, which was consistent with the visual observations, was proposed. Maximum of the standard deviation of vibration fluctuations happened between the minimum fluidization liquid velocity and local regime change (spotted by the pressure fluctuations), which was a delegate of global regime change in the bed. In contrast with two phase gas-solid beds, this method could not be offered for determining minimum fluidization velocity. Change in the slope of kurtosis of the vibration signals occurred near the minimum fluidization condition but didn’t reveal such condition accurately. Skewness of vibration signatures was completely chaotic. Resonance effect of the bed was obvious in the frequency spectrum of the vibration signals and was independent from the solids. In addition, breakage in Hurst exponent was a sign of multi fractal behavior of three-phase fluidized systems. Furthermore, all the above investigations were conducted in both two-phase gas-liquid and liquid-solid systems which led to new methods of characterizing the hydrodynamics of such media for the first time in the world (based on our best of knowledge).
