19114

۱۹۱۱۴

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

كارشناسي ارشد

مدلسازي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۲/۳۱

دكتر نورالله كثيري - دكتر احمد رهبر كليشمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

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.

1397/04/12

Experimental and modeling investigation of acetone separation from toluene in the presence of titania nanoparticles in a single drop liquid-liquid extraction column

7/3/2018 12:00:00 AM

The influence of titanium nanoparticles on mass transfer coefficient and hydrodynamic behavior of liquid-liquid single drop extraction system was studied. In this work, toluene-acetone-water chemical system that is suggested by European Federation of Chemical Engineers as a representative of a high-tension chemical system was used. Titanium oxide nanoparticles with four different concentrations within the range of 0.001-0.0033 wt%, was added to dispersed organic phase. Transition direction of acetone was from dispersed to continuous phase. Experiments were carried out for four different nozzle diameters also experimental and simulation investigation of the effect of nanoparticles concentration on binary system of toluene and water was achieved and image processing was performed to trace a droplet diameter. Result showed that with the increase in droplets diameter, mass transfer coefficient was enhanced and effects of nanoparticles were higher at larger diameters which is due to the increase in turbulence caused by larger diameters. In addition, at titanium concentration of 0.001 wt%, overall mass transfer coefficient increased to its maximum value of 23.2% and its values obtained for 4.2, 5 and 6 droplet diameter were 14.6%, 11.8%, and 9.1% respectively. By increasing the concentration above 0.001wt%, overall mass transfer coefficient is reduced. The viscosity of nanofluid increased by increasing nanoparticle concentration. In addition, nanoparticles didn't have a significant effect on terminal velocity and droplet diameter. A semi-empirical equation of overall mass transfer coefficient based on Newman model was developed taking into account the influence of effective factors in the presence of nanoparticle on mass transfer coefficient and average absolute relative error for overall mass transfer coefficient of 2.488% was obtained. Also experimental and simulation result showed that the nanoparticles in the case of no solute didn't have a significant effect on terminal velocity. Image processing results had good agreement with manual droplet tracing.