مطالعه تجربي دستگاه استخراج مايع - مايع اداكتوري

دكتري

فرايند استخراج مايع- مايع يكي از روش‌هاي پركاربرد جداسازي است كه به طور گسترده در صنايع هسته‌اي، داروسازي، شيميايي، نفت و گاز، تصفيه فاضلاب و غيره به كار گرفته مي‌شود؛ و شامل دو مرحله اساسي اختلاط و جداسازي است. يكي از روش‌هاي اختلاط دو مايع، استفاده از اداكتور مي‌باشد. در اين تحقيق، يك دستگاه جديد استخراج مايع- مايع بر مبناي اختلاط كننده اداكتوري طراحي و ساخته شده است. عملكرد هيدروديناميكي و انتقال جرمي دستگاه شامل پارامترهاي هندسي و عملياتي قطر نازل، قطر گلوگاه ونتوري، نسبت فاصله گلوگاه ونتوري تا نازل، سرعت جت و نسبت دبي دو فاز در مطالعات آزمايشگاهي و مدل‌سازي آناليز ابعادي، CFD و RSM مورد بررسي قرار گرفته و از سيستم استاندارد مايع-مايع با كشش سطحي بالاي آب/ استيك اسيد/ تولوئن استفاده شده است. در مطالعات شبيه‌سازي CFD، اعتبارسنجي نتايج به كمك سرعت صعود قطرات و ماندگي با درصد خطاهاي 7/20% و 4/15% انجام شد. نتايج نشان داد براي دستيابي به مقادير نسبت مكش بالا و بازدهي اختلاط و بازدهي انرژي اختلاط مي‌بايست: سرعت جت كمتر از مقادير 2 متر در ثانيه باشد؛ نسبت سطح مقطع گلوگاه ونتوري به نازل حدود 100 باشد؛ نسبت فاصله گلوگاه تا نازل به قطر گلوگاه بين يك الي دو باشد؛ نسبت جريان فاز پيوسته به جريان گسسته پايين باشد. نتايج مطالعات آزمايشگاهي در خصوص اندازه متوسط قطرات (قطر ميانگين ساتر) و توزيع اندازه قطرات نشان داد براي اندازه‌هاي مختلف قطر نازل 0/1 الي 0/3 ميليمتر، طول جت تقريبا مشابه است ولي با تغييرات سرعت، محدوده ظهور جت با افزايش قطر نازل كاهش مي‌يابد. با حضور ونتوري، قطرات با ميانگين قطر كمتر و توزيع اندازه يكنواخت‌تر به دست مي‌آيد. كمتر شدن نسبت سطح مقطع گلوگاه به نازل و فاصله گلوگاه تا نازل منجر به ايجاد قطرات ريزتر و توزيع اندازه يكنواخت‌تر مي‌شود. افزايش دبي فاز پيوسته باعث ايجاد قطرات درشت‌تر مي‌شود. توزيع اندازه قطرات در اين دستگاه با مدل N-T دو پارامتري، نسبت به ساير مدل‌ها، تطابق بهتري دارد. براي پيش‌بيني قطر ميانگين قطرات و دو پارامتر مدل توزيع اندازه قطرات يك رابطه تواني با اعداد بدون بعد ارائه شده است. براي مطالعات انتقال جرم، با توجه به ماهيت متفاوت عملكرد اين دستگاه با ساير ستون‌هاي استخراج، يك مدل بدون بعد بر اساس پارامترهاي عملياتي براي پيش‌بيني ضريب انتقال جرم كل ارائه شد كه مهمترين پارامتر تاثير گذار بر ضريب انتقال جرم، نسبت اندازه قطر قطرات به قطر نازل مي‌باشد؛ با كاهش اندازه قطر نازل، مقدار ضريب انتقال جرم كلي بيشتر خواهد شد. ضرايب انتقال جرم كل در جهت انتقال از فاز پيوسته به گسسته مقادير كمتري نسبت به ضرايب انتقال جرم در جهت گسسته به پيوسته دارد. مطالعات RSM شرايط بهينه براي داشتن ضريب انتقال جرم كل بيشينه را در مقادير قطر نازل 1.57 ميليمتر، قطر گلوگاه ونتوري 29.66 ميليمتر، فاصله نازل تا گلوگاه ونتوري 15.85 ميليمتر و نسبت دو فاز 2.79 به دست مي‌آيد. به كارگيري اين نوع دستگاه مزاياي مختلفي از جمله كاهش مشكلات خوردگي و آب‌بندي دستگاه استخراج كننده، كاهش زمان تماس دو فاز، عدم نياز به قطعات متحرك در داخل ستون، ايجاد سطح تماس بين دو فازي بالا و مقادير بالاي ضرايب انتقال جرم و كاهش فضاي مورد نياز به همراه دارد.

194672

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر منصور شيرواني - دكتر احد قائمي