17111

17111

شبيه سازي CFD ستون استخراج مايع-مايع (RDC)

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيند

بهمن ماه 1395

دكتر شاهرخ شاه حسيني

دكتر احمد رهبر

مهندسي شيمي

فرآيند استخراج مايع-مايع در كنار فرآيند تقطير از مهم¬ترين فرآيندهاي به كار رفته در صنعت پالايش، نفت و گاز مي¬باشد. در اين مطالعه به بررسي و مطالعه ستون استخراجي ديسك چرخان و همچنين شبيه¬سازي هيدروديناميك و انتقال جرم آن پرداخته شد. مشاهده شد مدل موازنه جمعيت به منظور در نظر گرفتن شكست و پيوند قطرات، نتايج را به نتايج واقعي نزديك¬تر مي¬كند. همچنين، به بررسي مدل¬هاي مربوط به شبيه¬سازي اين ستون پرداخته شد و مدل¬هاي چند فازي، اغتشاش، مدل موازنه جمعيت و همچنين مدل¬هاي مربوط به شبيه¬سازي فلوئنت بررسي شدند. علاوه بر اين، مفهوم انتقال جرم دو فيلمي بين فازي در ستون استخراج بيان شد. در ستون مطالعه شده، فاز پراكنده n-هپتان و فاز پيوسته شامل آب و گليسيرين بود. ابتدا شبيه¬سازي تك فازي براي ستون و به دنبال آن شبيه¬سازي دوفازي با استفاده از مدل دوفازي اولري-اولري براي حالت¬هاي مختلف آشفتگي انجام داده شد كه براي در نظر گرفتن چرخش ديسك از مدل دستگاه مرجع چندگانه استفاده شد. پس از اطمينان از درستي نتايج و نزديك بودن نتايج با نتايج متون علمي معتبر، مدل موازنه جمعيت را براي ستون فعال كرده و نتايج حاصل از اعمال مدل پراكنده با در نظر گرفتن مدل موازنه جمعيت گزارش شد. كاهش 5% خطاي نتايج نشان دادند كه اعمال مدل موازنه جمعيت نتايج شبيه¬سازي را به نتايج واقعي نزديك¬تر مي¬كند. همچنين توزيع قطر قطرات در محدوده 1 تا 6 ميلي¬متر بهتر ديده شد. در انتهاي شبيه¬سازي دو بعدي، نتايج مربوط به انتقال جرم فيلمي دو فازي در طول ستون ارائه شد. نتايج شبيه¬سازي نشان دادند كه در اثر انتقال جرم، %9 از حل¬شونده (گليسيرين) از فاز پيوسته به فاز پراكنده منتقل شد. اين انتقال جرم براي دو سرعت چرخش ديگر ديسك نيز محاسبه شد و ملاحظه شد كه با افزايش سرعت چرخش ديسك، انتقال جرم افزايش يافت به طوري كه با دو برابر شدن سرعت چرخش ديسك، نرخ انتقال جرم حدودا 5/2 برابر شد. در انتها، نتايج هيدروديناميك حاصل از شبيه¬سازي سه بعدي كه براي ستون مورد نظر انجام گرفته شد گزارش شد. نتايج نشان دادند كه در نزديكي ديسك، سرعت سيال بيشتر بوده و اغتشاش حاصله در اين نواحي بيشتر مي¬باشد در اين حالت ماكزيمم مقدار سرعت فاز پراكنده 3/1 متر بر ثانيه برآورد شد. همچنين، مشاهده شد گردش حاصل از چرخش ديسك به خوبي به تمام نواحي ستون استخراج مايع-مايع منتقل شده است. واژه‌هاي كليدي: ستون استخراج مايع_مايع- ديناميك سيالات محاسباتي- مدل موازنه جمعيت- پديده شكست- پديده پيوند- انتقال جرم

1396/01/26

1/1/1900 12:00:00 AM

Liquid-liquid extraction process next to the distillation process is an importance process that used in petroleum, oil an​d gas industry. In this study, hydrodynamic an​d mass transfer of Rotating Disc Contactor studied. It was observed that Population Balance Model that considers breakage an​d coalescence of droplets, close the results of simulation to real results. Also the models that where important in simulation of this column such as multiphase models, turbulency models an​d Population Balance Model were discussed. In addition to this, species interphase mass transfer in extraction column, is expressed. In studied column, the dispersed phase was n-heptane an​d the continuous phase was mixture of water an​d glycerol. In first, one phase simulation was done an​d then two phase simulation for different turbulency models with Eulerian two-phase model an​d Multiple Reference Models applied. After validation of simulation results with scientific source the Population Balance Model was applied, with applied this model the relative error was decreased 5%, also the droplets diameter was in periods of 1 to 6 mm. in the end of two phase simulation mass transfer was discussed. 9% of glycerol from water was transport to n-heptane, also the simulation in two different velocities disc apllied, this shows that the rate of mass transfer increased with increase of velocity of disc. In the end of thesis hydrodynamic results of 3D simulation was presented. Near the disc, the velocity was maximum an​d there the rate of turbuleny was maximum. The maximum velocity was 1.3 m/s in column. Also, it was observed that the effect of rotation of disc moved well in whole of extraction column. Keywords: liquid_liquid extraction column-Compotational Fluid Dynamic-Popolution Balance Model-break up Phenomenon-coalescence Phenomenon- mass transfer