17067

17067

مطالعه تجربي نحوه تشكيل حباب بر روي توزيع¬كننده در بسترهاي سيال گاز- جامد

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

خرداد 1395

دكتر سلمان موحدي راد - دكتر اميد وحيدي

شيمي

چكيده راكتورهاي بسترسيال همواره يكي از تجهيزات فرايندي مهم در واكنش¬ها و يا ¬تماس¬هاي فيزيكي بين فازهاي گاز- جامد يا مايع- جامد بوده¬اند و ازآنجاكه اين نوع تماس¬ها يا واكنش‌ها در صنعت و در فاز پژوهش يكي از زمينه‌هاي مطالعاتي مهم محسوب مي¬شوند، همواره راكتورهاي بسترسيال مورد استقبال محققين بوده‌ است. در راكتورهاي بسترسيال گاز- جامد، فاز گاز بسيار تعيين‌كننده است چه از نظر فيزيكي و چه از نظر شيميايي. عامل حياتي در افزايش بازده اين بسترها تماس هر چه بيشتر فازهاي گاز و جامد مي¬باشد. از اين ‌رو تبديل فاز گاز به حباب‌ها و به جريان درآوردن حباب‌ها درون فاز جامد يكي از راه‌حل‌هاي مناسب قلمداد شده است و ناگزير حباب و مشخصات و هيدروديناميك آن اهميت پيداكرده است. در كار حاضر دو نوع ذره با دانسيته¬هاي متفاوت و اندازه ذرات متفاوت انتخاب شده است كه هر دو نوع ذره از نوع گلدارت D بودند. در راستاي مشاهده و تحليل تغييرات برخي پارامترهاي مدنظر، از جمله قطر و مركز جرم حباب در زمان تشكيل، زمان جدايش، فاكتور مربوط به ظاهر حباب¬ها و ميزان نشتي گاز از حباب¬ها به بستر، آزمايش‌هايي طراحي و انجام داده شده است. پس از انجام آزمايش¬ها و ذخيره فرايند مورد نظر توسط دوربين فيلمبرداري، براي استخراج اطلاعات مورد نياز از تصاوير ضبط شده، از روش پردازش تصاوير ديجيتال استفاده شده است. در كار حاضر تلاش فراواني براي پياده‌سازي يك روش پردازش تصاوير قابل‌اتكا و همچنين ساده صورت گرفته است. در انتها پس از استخراج داده هاي مربوط به پارامترهاي پيش گفته، به تجزيه و تحليل اين پارامترها پرداخته شده است. نتايج حاصل حاكي از آن است كه قطر حباب در زمان تشكيل براي تمامي ذرات و دانسيته¬ها با تقريب خوبي با توان حدوداً 58/0-54/0 زمان در ارتباط بود. با رسم منحني‌هاي مركز جرم برحسب توان دو زمان، تطابق فرض ارائه شده در تئوري، با نمونه‌هاي آزمايشي مشاهده شد. مشاهده شد كه زمان جدايش حباب¬ها از نازل، با تغيير اندازه ذرات، تفاوت خاصي نكرد اما با تغيير دانسيته تفاوت بسيار اندكي را دارا بود. منحني‌هاي تغييرات نسبت ابعاد براي اندازه‌هاي مختلف ذرات بستر و ذرات مختلف حاكي از آن بود كه با كاهش دانسيته و نيز با افزايش اندازه ذرات بستر، حباب‌ها كشيده‌تر شده¬اند. از پارامتر  براي تحليل نشتي استفاده شد و تغييرات نسبت مساحت فاز امولسيون به مساحت اوليه امولسيون در زمان حداقل سياليت، با زمان بررسي شد و درنهايت اين نتيجه حاصل شد كه ميزان نشتي گاز با افزايش دانسيته كاهش‌يافته و با افزايش اندازه ذره نيز افزايش يافته است. كلمات كليدي: بسترسيال، پردازش تصاوير، مشخصات حباب

1396/01/20

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Fluidized bed reactors have always been one of important process equipments in reactions o​r physical contacts between the gas-solid o​r solid-liquid phases an​d since these types of contacts o​r reactions in industry an​d the research are of the important fields of study, fluidized beds are always concerned by researchers. In gas-solid fluidized bed reactors, gas phase is significant in both physical an​d chemical point of view. The most important factor in increasing the efficiency is to increase contact area between gas an​d solid phase. Therefore converting the gas phase into bubbles an​d their flow through the solid phase is a suitable solution to increase the contact area. Thus bubbles an​d their properties an​d hydrodynamics are important. In present work two types of particles with different densities an​d different sizes have been chosen that both types of particles are of Geldart D. Some experiments are designed to investigate some properties of bubbles in fluidized bed, included bubbles diameter an​d center of mass in formation times, detachement time, aspect ratio an​d gas leakage from bubbles to emulsion phase. After carrying out the experiments an​d recording the desired process by video camera, to extract necessary data from recorded videos, method of image processing was used. Finally, after extracting the data related to above-mentioned parameters, the analyses were done. The results of analyses showed that at the time of bubbles formation, the bubble diameter is proportional to the 0.54-0.58 power of time for all densities an​d sizes. Bubbles center of mass at the formation moment is proportional to the second power of time. It was observed that the detachement time of bubbles did not change by differences in particle size but it had a little change with changes in density. Bubble aspect ratio curves showed that by decreasing the particles density an​d increasing particles size, the bubbles aspect ratio increased. Parameter  was used to analyse gas leakage an​d that was concluded that gas leakage decreased by increasing the particles density an​d it increased by increasing particles size. Key words: Fluidized bed, image processing, Bubble properties