16932

16932

مطالعه تجربي موجودي فاز گاز در ستون حبابي

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

شهريور 1395

دكتر احد قائمي - دكتر محمد تقي صادقي

شيمي

چكيده راكتورهاي ستون حبابي به طور وسيعي در صنايع مختلف شيميايي، پتروشيمي و تصفيه پساب مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين راكتورها داراي مزاياي زيادي از قبيل شدت انتقال جرم و حرارت بالا، هزينه هاي عملياتي و نگهداري پايين مي‌باشند. با توجه به پژوهش‌هاي انجام شده بر روي راكتورهاي ستون حبابي، بيشتر تحقيقات در زمينه بررسي پارامترهاي عملياتي به ويژه ماندگي گاز، ويژگي¬هاي حباب، رژيم جريان، ضريب انتقال جرم و حرارت بوده است. در اين تحقيق مطالعات تجربي در زمينه ماندگي گاز در ستون¬هاي حبابي گاز – مايع براي سه ماده آب، گازوئيل و روغن موتور بهران صورت گرفته و محور اصلي اين تحقيق بررسي ميزان تأثير همزن بر ماندگي گاز مي¬باشد. در ابتدا اهداف تحقيق و مراحل انجام پروژه مورد بحث و بررسي قرار گرفت و سپس مطالعاتي در زمينه پارامترهاي مؤثر بر راكتورهاي ستون حبابي و ماندگي گاز انجام شده كه اين پارامتر¬ها عبارتند از خواص فاز مايع، شرايط عملياتي، سرعت ظاهري گاز، ابعاد ستون و نوع توزيع كننده كه هر يك از اين عوامل مي¬تواند در ماندگي گاز در ستون¬هاي حبابي تأثيرگذار باشند. پس از مطالعه در زمينه پارامترهاي مؤثر در ستون¬ها حبابي جهت انجام آزمايشات تجربي راكتوري طراحي و ساخته شد. نتايج بدست آمده از آزمايشات تجربي درون راكتور حاكي از آن است كه با افزايش ويسكوزيته و كشش سطحي، ماندگي گاز به علت چسبندگي بالاي حباب¬ها در ويسكوزيته بالا و همچنين بزرگترشدن اندازه حباب¬هاي خروجي از توزيع كننده در كشش سطحي بالا، كاهش مي¬يابد. در نتيجه بيشترين مقدار ماندگي گاز در گازوئيل بدست آمد. همچنين پس از تحقيقات صورت¬گرفته مشخص شد كه در مواد با ويسكوزيته پايين به¬دليل ايجاد حركت گردابه¬اي مايع و كاناليزه¬شدن هوا توسط همزن، ماندگي گاز به ميزان قابل توجهي نسبت به دور¬هاي پايين همزن كاهش مي¬يابد. اما در مواد با ويسكوزيته بالا به دليل كمترشدن حركت گردابه¬اي مايع و همچنين شكستن حباب¬ها به وسيله همزن ميزان ماندگي گاز در تمام دورهاي همزن افزايش مي¬يابد. در نتيجه با توجه به آزمايشات صورت¬گرفته بهترين دور همزن براي افزايش ماندگي گاز در آب و گازوئيل rpm 150 و در روغن موتور بهران rpm 400 مي¬باشد. كلمات كليدي: ستون حبابي، ماندگي گاز، ويسكوزيته، كشش سطحي، همزن.

1395/12/23

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Bubble column reactors are widely used in various chemical, petrochemical an​d waste water treatment industries. These reactors have many advantages such as high heat an​d mass transfer rate an​d low operating an​d maintenance costs. According to research conducted on the bubble column reactors, more research was done on the investigation of operational parameters such as; the bubble properties, flow regimes, heat an​d mass transfer coefficient an​d gas holdup in particular. In this research, experimental studies in the field of gas holdup for bubble columns of gas - liquid for three liquid (water, gasoline an​d Behran motor oil) with considering of investigation the effect of stirrer agitation on gas holdup was done. First, aims an​d steps of the study was discussed, second, effective parameters on gas holdup in bubble column reactor such as, liquid properties, operating conditions, superficial gas velocity, dimensional of the column an​d the kind of sparger was studied. Then the setup was designed was built. For the system an​d operating conditions analyzed in the present work, by increasing viscosity an​d surface tension, gas holdup decreased, because of increasing coalescence an​d size of bubbles, which produced from sparger, in high viscosity an​d surface tension. So, the most gas holdup was obtained for gasoline. Because of liquid vortex an​d air channelling by stirrer, in material with low viscosity, gas holdup was decreased than low speed of stirrer, but in high viscosity materials because of decreasing liquid vortex an​d break down of bubbles by stirrer, gas holdup was increased in all speeds. In conclusion, the best stirrer speed for increasing of gas holdup in water an​d gasoline was 150 rpm an​d for Behran motor oil was 400 rpm. Keywords: Bubble column, gas holdup, viscosity, surface tension, stirrer