31497

مطالعه تجربي و مدلسازي هيدروديناميكي و ضرائب انتقال جرم در ستون هاي استخراجي RDC

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- طراحي فرايند

1398

1401/12/3

احد قائمي

علي رضا همتي

نفت و گاز

ر اين تحقيق، تاثير سه پارامتر سرعت اختلاط، سرعت فاز پراكنده و فاز پيوسته، كشش بين فازي بر اندازه قطره، هلداپ، سرعت لغزشي و ضريب انتقال جرم (Kod) در چهارستون كوهني، اولشوراشتون، PRDC,ARDC در بخش هيدرو ديناميك و انتقال جرم بر اساس طرح مركب مركزي (CCD) مورد بررسي قرار مي‌گيرند. با پيش‌بيني بسيار دقيق سيستم با توجه به همبستگي مقادير ضريب (R2) براي هلداپ، اندازه قطره و سرعت لغزشي به ترتيب برابر با 0.9495، 0.9900 و0.9612كه مقدار بسيار مناسبي است و نشان‌دهنده صحت و درستي روش استفاده شده است، همچنين مقدار Adeq-precision 65.8426 و 62.3323 و 64.6857 كه بيانگر اختلاف مقدار پيش‌بيني مدل با مقدار متوسط خطاي پيش‌بيني است نشان داد كه مدل به خوبي رفتار حاكم بر اندازه قطره، هلداپ و سرعت لغزشي را گزارش مي‌دهد. با استفاده از روش RSM به تاثير پارامترهاي عملياتي بر (اندازه قطره، موجودي فاز پراكنده، سرعت لغزشي وKod) در چهارستون RDCs پرداخته شد، و مشاهده شد كه دو پارامتر هلداپ و اندازه قطره به شدت از سرعت اختلاط تاثير مي‌پذيرند. افزايش سرعت اختلاط موجب افزايش موجودي فاز پراكنده مي‌گردد، زيرا كه شكست قطرات افزايش يافته و در نتيجه اندازه قطرات كاهش مي‌يابد. طبق نتايج، ستون الدشو راشتون نه تنها موجودي فاز پراكنده بيشتري در دورهاي يكسان از خود نشان مي‌دهد بلكه ميزان تاثير بيشتري از دور روتور را نسبت به ساير ستون‌ها از خود نشان مي‌دهد كه اين مي‌تواند بدليل وجود پره‌هاي پارويي و طراحي خاص داخلي اين ستون باشد. با افزايش دبي فاز پراكنده بدليل افزايش تعداد قطرات در حجم ثابت، كسر حجمي فاز پراكنده افزايش و در نتيجه هلداپ براي هر چهار ستون افزايش مي‌يابد كه در اين ميان ستون PRDC افزايش كمتري از خود نشان مي‌دهد. اين افزايش در هر 4 ستون مشاهده مي‌شود با اين تفاوت كه در سه ستون كوهني، الدشوراشتون و ARDC بدليل طراحي اداوت داخلي مشابه رفتار يكساني را نشان مي‌دهد. براي هر چهار تا ستون با افزايش سرعت روتوراندازه قطره كاهش مي‌يابد. اين كاهش براي ستون‌هاي الدشو راشتون و كوهني با شدت بيشتر اتفاق مي‌افتد. افزايش سرعت فاز پراكنده در چهار ستون مورد مطالعه موجب افزايش قطر قطره شده است. كه اين افزايش قطره در ستون اولدشو بيشتر از سه ستون ديگر مي‌باشد. افزايش سرعت فاز پيوسته براي چهارستون موجب تغييرات نامحسوسي در سايز قطرات مي‌شود و به عبارتي اثر اين پارامتر بر سايز قطرات ناچيز است. و در هر چهار ستون به يك اندازه تغيير دارد. با توجه به نتايج بدست امده تاثير دور همزن بر سرعت لغزشي نشان داد كه با افزايش دور همزن در دبي ثابت فازپراكنده و پيوسته، سرعت لغزشي كاهش مي‌يابد. كه در ميان چهار ستون مورد مطالعه بيشترين كاهش مربوط به ستون‌هاي ARDC,PRDC مي‌باشد، و ستون كوهني و اولدشو راشتون به نسبت كاهش كمتري دارند. با افزايش دبي فاز پراكنده و در نتيجه آن افزايش تعداد قطرات در دور ثابت همزن و دبي ثابت فاز پيوسته در چهار ستون، احتمال در هم آميختگي قطرات نيز بيشتر شده، در نتيجه قطر قطرات افزايش يافته. در اين ميان چهارستون RDCs با افزايش دبي فاز پراكنده افزايش مي‌يابند كه بيشترين افزايش مربوط به ستون ARDC مي‌باشد و سه ستون ديگر به ترتيب افزايش شامل كوهني، اولدشو راشتون و PRDC مي‌باشد. با افزايش دبي فاز پيوسته، سرعت لغزشي كاهش مي‌يابد. با افزايش دبي فاز پيوسته در دور ثابت همزن و دبي ثابت فاز سرعت نسبي بين قطرات و فاز پيوسته كاهش يافته كه موجب كاهش سرعت لغزشي فازها ميگردد. بيشترين كاهش مربوط به ستون ARDC مي‌باشد و سه ستون ديگر به ترتيب كوهني، PRDC و اولدشو راشتون كاهش مي‌يابند. ضريب انتقال جرم در هر دو سيستم با افزايش سرعت روتور افزايش مي‌يابد. كاهش اندازه قطره منجر به كاهش گردش داخلي درون قطرات كوچك مي‌شود و در نتيجه با افزايش سرعت روتور ، Kodكاهش مي‌يابد. كاهش اندازه قطره منجر به كاهش گردش داخلي درون قطرات كوچك مي‌شود و در نتيجه با افزايش سرعت روتور ، Kod كاهش مي‌يابد. با افزايش سرعت فاز پيوسته ضريب كلي حجمي انتقال جرم فاز پراكنده، افزايش يافته است. بيشترين افزايش مربوط به ستون PRDC و ARDC مي‌باشد و كمترين مربوط به ستون كوهني مي‌باشد. با افزايش سرعت فاز پيوسته، براي هر دو جهت انتقال جرم موجودي فاز پراكنده افزايش و اندازه قطره تقريبا ثابت است. افزايش سرعت فاز پراكنده موجب افزايش ضريب كلي حجمي انتقال جرم فاز پراكنده مي‌شود. افزايش سرعت فاز پراكنده در اين ستونها موجب افزايش موجودي فاز پراكنده مي‌شود، زيرا كه حجم بيشتري از فاز آلي به ستون وارد مي‌شود،بيشترين افزايش مربوط به ستون ARDC ميباشد و به ترتيب ستون اولدشو و كوهني افزايش يافته اند و كمترين مربوط به ستون PRDC مي‌باشد. نتايج نشان داد كه تأثير ضريب انتقال جرم عموماً كمتر از سطح مشترك است و در نتيجه عملكرد كلي ستون با افزايش سرعت روتور افزايش مي‌يابد. مقدار R2 براي ضريب انتقال جرم برابر است با 0.8447 كه اين مقدار درستي مدل را نشان مي‌دهد همچنين مقدار 28.3513Adeq precision كه بيانگر اختلاف مقدار پيش‌بيني مدل با مقدار متوسط خطاي پيش‌بيني است نشان داد كه مدل به خوبي رفتار حاكم بر Kodرا گزارش مي‌دهد.

1403/08/21

Experimental study and hydrodynamic modeling and mass transfer coefficients in RDC extraction columns

1/1/1900 12:00:00 AM

In this study, the effect of three parameters of mixing velocity, dispersed phase velocity and continuous phase, interphase tension on droplet size, holdup and slip velocity in four columns, oldshoe-Rushton, PRDC, Kuhni, ARDC in hydrodynamics and mass transfer based on central composite design ( CCD) are examined. The systems studied in this research include toluene-water chemical system (high interfacial tension), normal butyl acetate-water (medium interfacial tension), butanol-water (low interfacial tension) in hydrodynamics, and toluene-acetone-water system. - Water, butyl acetate - acetone - Water is in the mass transfer section. With a very accurate prediction of the system due to the correlation of coefficient values (R2) above 0.99, which is a very good value and shows the accuracy of the method used, based on the model, three correlations have been created for the studied answers. Using RSM method, the effect of operational parameters on (drop size, dispersed phase inventory, slip velocity and Kod) in four columns of RDCs was investigated, and it was observed that the two parameters of holdup and drop size strongly affect the mixing speed. Increasing the mixing speed increases the dispersed phase inventory. Because the droplet failure increases and as a result the droplet size decreases. According to the results, the oldshoe-Rushton column not only shows more scattered phase inventory at the same speeds, but also shows a greater effect of the rotor speed than other columns, which can be due to the presence of paddle blades and design Be specific to the interior of this column. As the dispersed phase flow increases due to the increase in the number of droplets in the fixed volume, the dispersed phase volume fraction increases and as a result the holdup increases for all four columns, among which the PRDC column shows a smaller increase. This increase is observed in all 4 columns, with the difference that in the three columns of Kuhni, oldshoe Rushton and ARDC, to the design of the internal auditorium, it shows the same behavior. For all four columns, the droplet size decreases as the rotor speed increases. This decrease occurs more severely for the oldshoe-Rushton and Kuhni columns. Increasing the dispersed phase velocity in the four studied columns has increased the drop diameter, which is more in the Oldshoe-Rushton column than in the other three columns. Increasing the continuous phase velocity for the four columns causes subtle changes in the droplet size, in other words the effect of this parameter on the droplet size is negligible, and it changes equally in all four columns. By increasing the agitator speed at constant and continuous phase flow rate, the sliding speed decreases, with increasing the dispersed phase flow rate and consequently increasing the number of droplets at constant stirrer speed and continuous phase constant flow rate in four columns, the sliding speed increases. With increasing continuous phase discharge, the slip velocity decreases. With increasing continuous phase discharge at constant stirrer speed and constant phase discharge, the relative velocity between the droplets and the continuous phase decreases, which reduces the slip velocity of the phases. The mass transfer coefficient in both systems increases as the rotor speed increases, the droplet size decreases as the internal circulation within the droplets decreases, and as a result, the Kod decreases as the rotor speed increases. Reducing the droplet size reduces the internal circulation inside the droplets, and as a result, the Kod decreases as the rotor speed increases. The results showed that the effect of mass transfer coefficient is generally less than the common surface and as a result the overall performance of the column increases with increasing rotor speed.

مايع , استخراج مايع مايع

liquid , liquid liquid extraction

Shaparak Mirzai

Ahad Qaemi