14113

14113

مطالعه تجربي و شبيه‌سازي CFD انتقال جرم نانو سيالات در سيستم استخراج مايع – مايع تك قطره‌اي

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

اسفند 1393

اسفند 1393

دكتر سيد حسن هاشم‌آبادي - دكتر احمد رهبر كليشمي

مهندسي شيمي

چكيده يكي از بنيادي‌ترين پارامترها در طراحي صنعتي ستون‌هاي استخراج مايع-مايع، تعيين ضرايب انتقال جرم در دستگاه استخراج‌كننده است. هدف اين پژوهش بررسي تأثير حضور نانو سيالات بر ضريب انتقال جرم در ستون‌هاي استخراج مايع - مايع تك‌ قطره به‌صورت تجربي و همچنين شبيه‌سازي آن به كمك دانش ديناميك سيالات محاسباتي است. در اين مطالعه، فاز پيوسته‌ي آزمايش آب و فاز پراكنده محلولي بر پايه‌ي تولوئن، حاوي 5% حجمي جز استخراج ‌شونده يعني اسيد استيك است. نانو ذرات تيتانيوم دي‌اكسيدبه‌عنوان فاز پراكنده در سيال پايهپراكنده مي‌شوند. اندازه‌ي اين‌ ذرات بين 10 تا 15 نانومتر و درصدهاي حجمي مورداستفاده 0، 01/0، 05/0 و 1/0 است. بررسي پايداري فاز پراكنده از طريق روش ته‌نشيني صورت گرفت. آزمايش‌ها در ستون به ارتفاع 30 سانتيمتر ونازل با قطر 1 ميلي‌متر انجام شد. در هر آزمايش قطر متوسط قطره، سرعت صعود قطره با استفاده از تصويربرداري و غلظت فاز پراكنده بعد از انتقال جرم با استفاده از تيتراسيون اندازه‌گيري شد. اثر غلظت ذرات بر ضريب انتقال جرم در نانو سيال با استفاده از داده‌هاي آزمايشگاهي و شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي موردبحث قرار گرفت.شبيه‌سازي انجام‌شده، نيز در تطابق خوبي با نتايج آزمايشگاهي داشت. با استفاده از اين داده‌ها نتيجه گرفته شد كه افزودن نانو ذرات آب‌دوست با انتقال به فاز آبي سبب افزايش ضريبانتقال جرم خواهند شد.با افزايش غلظت نانوذره، مقدار ضريب انتقال جرم ابتدا افزايش و سپس كاهش ميابد. بيشترين ميزان انتقال جرم به ميزان 4 برابر در غلظت 01/0 درصد حجمي از نانوذره تيتانيوم دي‌اكسيداست. افزايش قطر قطره و همچنين افزايش سرعت قطره باعث افزايش ضريب انتقال جرم مي‌شود. بيشترين ضريب انتقال جرم در قطرات به شكل كروي و كمترين آن در شكل‌هاي بيضوي افقي است. واژه‌هاي كليدي: استخراج مايع-مايع، ستون تك ‌قطره، نانو سيال، ضريب انتقال جرم، ديناميك سيالات محاسباتي