بررسي تجربي و مدلسازي جداسازي استون از تولوئن در حضور نانوذرات TiO2 در سيستم استخراج مايع-مايع تك قطره

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، اثر حضور نانوذرات تيتانيوم اكسيد بر روي ضريب انتقال جرم و رفتار هيدروديناميكي فرآيند استخراج مايع-مايع تك قطره بررسي شده است. در اين مطالعه از سيستم شيميايي تولوئن – استون- آب استفاده گرديده است كه توسط فدراسيون اروپايي مهندسي شيمي به‌عنوان نماينده سيستم شيميايي با كشش سطحي بالا پيشنهاد شده است. غلظت‌هاي مختلف نانوذره تيتانيوم اكسيد در محدوده ۰/۰۰۳۳-۰/۰۰۱ درصد وزني به فاز پراكنده آلي اضافه شد. جهت انتقال استون از فاز پراكنده به فاز پيوسته بود. آزمايش‌ها براي 4 قطر مختلف نازل انجام شد. همچنين اثر غلظت نانوذره بر روي سيستم دوتايي آب و تولوئن به روش آزمايشگاهي و شبيه‌سازي بررسي شد و پردازش تصوير براي رديابي يك قطر قطره انجام شد. نتايج نشان داد كه با افزايش قطر قطرات ضريب انتقال جرم افزايش مي‌يابد و نانوذرات در قطر قطرات بزرگ‌تر تأثيرگذاري بيشتري دارند كه مي‌توان دليل آن را به افزايش آشفتگي درون قطرات نسبت داد. همچنين در غلظت ۰/۰۰۱ درصد وزني تيتانيوم اكسيد، افزايش ضريب كلي انتقال جرم به بيشترين ميزان خود به مقدار ۲۳/۲٪ رسيد و براي قطرهاي ۲/۴، ۵ و ۶ به ترتيب ۱۴/۶٪، ۱۱/۸٪ و ۹/۱٪ بدست آمد و در غلظت‌هاي بيشتر از 001/0 درصد وزني تيتانيوم اكسيد، ضريب كلي انتقال جرم روند كاهشي پيدا كرد. افزون بر اين، يافته‌هاي تجربي اين پژوهش نشان داد كه ويسكوزيته با افزايش غلظت نانوذرات افزايش مي‌يابد. همچنين مشاهده شد نانوذرات تأثير چشمگيري بر روي سرعت نهايي و قطر قطرات ندارند. يك رابطه نيمه تجربي براي ضريب كلي انتقال جرم بر پايه مدل نيومن ارائه گرديد كه تأثير عوامل اثربخش بر روي ضريب انتقال جرم در آن لحاظ شد و ميانگين خطاي نسبي مطلق براي ضريب كلي انتقال جرم به مقدار ۲/۴۸۸٪ بدست آمد. همچنين نتايج آزمايشگاهي و شبيه‌سازي نشان دادند كه نانوذرات در شرايط بدون حل شونده نيز تأثيري چشمگيري بر روي سرعت نهايي نمي‌گذارند. نتايج پردازش تصوير تطابق خوبي با رديابي دستي قطرات داشت.

191485

دانشگاه علم و صنعت ايران

مدلسازي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

دكتر نورالله كثيري - دكتر احمد رهبر كليشمي