25692

بررسي و شبيه سازي CFD انتقال جرم در فرايند استخراج مايع-مايع فلزات سنگين در يك نمونه ميكروكانال

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مدلسازي، شبيه سازي و كنترل فرايند

97-00

1400/08/30

دكتر سلمان موحدي راد- دكتر احمد رهبر كليشمي

مهندسي شيمي

نظر به اهميت روزافزون بهبود روشهاي جداسازي فلزات و همچنين نقايص روشهاي متداول استخراج حلالي نظير زمان عمليات طولاني، فضاي بزرگ موردنياز و مصرف بالاي انرژي، نياز به به كارگيري فناوري جديدي در راستاي بهبود اين نقايص بيش از پيش مورد توجه قرار گرفته است. ريزسيالش به سبب دارا بودن ويژگيهايي شامل انتقال جرم و حرارت بالا و سريع، مصرف كم مواد، كنترل مناسب بر شرايط فرآيندي و حجم كوچك ميتواند بدين منظور به كار گرفته شود. در اين پژوهش، استخراج حلالي ريزسيالشي يون كروم (III) با استفاده از يك استخراج كننده كاتيوني (MDEHPA) در الگوي جريان موازي در ميكروكانال Y-Y از جنس پلي دي متيل سيكلوكسان و روغن ذرت به عنوان حلال آلي مورد مطالعه قرار گرفت. در ابتدا، اثر پارامترهاي عملياتي بر بازده استخراج با استفاده از روش پاسخ سطح بررسي شد. غلظت نمك (mg/l) 37.86، غلظت استخراج كننده (vol/vol) 24.75%، 4.31=pH و نسبت دبي فاز آلي به آبي 2.07 به عنوان شرايط بهينه استخراج به دست آمدند. در اين شرايط ميزان استخراج 84.76 درصد بود. يك معادله درجه چهارم با بررسي نتايج آزمايشها باR2 0.99 از روش پاسخ سطح بهدست آمد. همچنين، به منظور ارزيابي عملكرد انتقال جرم، مقادير ضرايب انتقال جرم حجمي (KLa) در حالت ناپيوسته و ريزسيالشي در شرايط بهينه به دست آمده، محاسبه شدند. مقدار KLa سامانه ريزسيالشي بسيار بزرگتر از حالت ناپيوسته به دست آمد كه نشان دهنده عملكرد انتقال جرمي بهتر ابزار ريزسيالشي است. به علاوه، نتايج شبيه سازي CFD به منظور بررسي جريان داخلي كانال و ميزان استخراج تطابق قابل قبولي را در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي نشان داد. همچنين اهميت تاثير زمان تماس دو فاز در ميزان استخراج بيش از متغيرهاي ديگر مورد بررسي بود. افزايش نسبت دبي دو فاز و ويسكوزيته دو فاز منجر به افزايش سرعت دو فاز آلي و آبي ميشود.

1400/09/22

Study and CFD simulation of mass transfer in liquid-liquid extraction of heavy metals in a microchannel

11/21/2022 12:00:00 AM

Due to the increasing importance of the development metal separation methods and also the defects of conventional solvent extraction techniques such as long operating time, large space required and high energy consumption, the demand to apply new technology to improve these defects is receiving more attention. Microfluidic due to its properties including high mass and heat transfer rate, low material consumption, proper control over process conditions and small volume can be a proper choice for this purpose. In this study, the microfluidic solvent extraction of chromium (III) ion in the parallel flow pattern in a Polydimethylsiloxane Y-Y microchannel using MDEHPA as the extractant and corn oil as the organic solvent was studied. The effect of operational parameters on extraction efficiency was investigated using the surface response method (RSM). Cr(III) concentration (37/86 mg/l), extractant concentration 24.75% (vol%), pH = 4.31 and organic phase to aqueous phase flowrate ratio of 2.07 were obtained as the optimal extraction conditions. Under these conditions, the extraction rate was 84.76%. A quadratic equation was obtained by examining the results of experiments. Also, in order to evaluate the mass transfer performance, the values of volumetric mass transfer coefficients (KLa) in the batch and microfluidic extraction in the obtained optimal conditions were calculated. The KLa for the microfluidic system was much larger than the batch extraction, indicating better mass transfer performance of the microfluidic devices. In addition, CFD simulations were performed to investigate the internal flow of the channel and the simulation results showed a suitable agreement compared to the experimental results.

استخراج مايع- مايع , ريزسيالش , ديناميك سيالات محاسباتي , انتقال جرم

Liquid-liquid extraction , microfluidic , CFD , mass transfer