20255

۲۰۲۵۵

طراحي، ساخت و بهينه سازي يك مبدل با هدف كاهش رسوب گذاري با استفاده از حركت ذرات

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي - طراحي فرآيند

1395-1397

1397/09/24

دكتر شاهرخ شاه حسيني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين تحقيق بعد از بررسي انواع مبدل هاي حرارتي و همچنين بررسي مقاله شبيه سازي هاي انجام شده در حوزه تشكيل رسوب در انواع مبدل هاي حرارتي، طراحي،ساخت و بررسي عملكرد مبدل بستر همراه بري شده پيوسته، انجام شد تا بتوان قابليت بستر همراه بري شده در كاهش ميزان تشكيل رسوب در مبدل را بررسي كرده و شرايط بهينه اين مبدل جهت كاهش ميزان رسوب گذاري را تعيين نمود. در اين نوع مبدل، سيال داخل يك لوله كه داراي بستري از ساچمه است به جريان در آمده و بستر را به حالت همراه بري مي رساند؛در اين حالت بستر به همراه جريان شروع به حركت مي نمايد. دراين پروژه محلول آب-NaCl با غلظت ( 16gr NaCl)/(100 gr H2O) و دماي ℃ 85 و در سرعت هاي مختلف وارد مبدل مي شود. سپس تاثير بستر همراه بري شده بر كاهش ميزان تشكيل رسوب در مبدل بررسي مي شود. مكانيزم كاهش تشكيل رسوب با استفاده از بستر همراه بري شده بدين صورت است كه بستر همراه بري شده با وارد آوردن تكانه و تنش برشي به ديواره مبدل، رسوب هاي تشكيل شده را از ديواره مبدل جدا مي كند ؛علاوه بر اين با افزايش ميزان اغتشاش جريان ميزان تشكيل رسوب را نيز كاهش مي دهد. بخش اصلي اين مبدل يك لوله به قطر 0.032 متر مي باشد كه به صورت يك سيكل مستطيل شكل در آمده و جريان از طريق يك سه راهي به اين مبدل تزريق شده و بخش اعظم سيال ورودي پس از طي كامل مسير از مبدل خارج مي شود اما بستر ساچمه به همراه سيال خارج نشده از مبدل دوباره در مبدل جريان پيدا مي كنند و طي اين فرآيند بستر ساچمه به طور پيوسته در مبدل جريان مي يابد. جهت بررسي تجربي عملكرد اين مبدل حرارتي، طراحي آزمايش ها و تحليل داده هاي آزمايشگاهي از روش RSM استفاده شده است.در اين آزمايش سه پارامتر عملياتي موثر بر عملكرد مبدل بستر همراه بري شده بررسي شده است كه عبارتند از:1- سرعت سيال 2-كسر حجمي بستر ساچمه در مبدل 3- مدت زمان فرآيند. درنهايت آرايه اي متشكل از 20 آزمايش با شرايط مختلف پيشنهاد شد و پس از انجام آزمايش ها، شرايط بهينه عملكرد مبدل (توسط RSM) در سرعت 0.76 متر بر ثانيه و كسر حجمي بستر 6% تعيين شد كه در اين شرايط ميزان رسوبات تشكيل شده در مقايسه با حالت مبدل بدون بستر همراه بري شده 90.5% كاهش مي يابد و با بررسي نتايج آزمايش ها مشاهده شد كه با افزايش سرعت سيال و كسر حجمي بستر ميزان رسوب گذاري كاهش پيدا كرده و با افزايش زمان فرآيند، ميزان رسوب گذاري افزايش مي يابد. همچنين براي مدل سازي فرايند رسوب گذاري، آزمايش ها را تا زماني كه سيستم از نظر رسوب گذاري به تعادل مي رسد ادامه داديم و سپس پارامترهاي مدل سازي آزمايش هاي مختلف را با يكديگر مقايسه كرده و تاثير متغير هاي تاثير گذار بر پارامترهاي مدل سازي را مورد بررسي قرار داديم. مقدار p-value مدل برابر 0.0007 و F-value 9.85 است.

1397/11/27

Design, construction and optimization of a heat exchanger designed to reduce sedimentation using particles motion

12/15/2019 12:00:00 AM

In this research, after examining the types of heat exchangers, as well as studying the paper on simulations in the field of sediment formation in a variety of heat exchangers, the design, construction, and evaluation of the performance of the continuous entrainedbed fluid heat exchangere was performed to enable Investigate the ability of the entrained bed to reduce the amount of sediment formation in the heat exchanger and determine the optimal conditions for the heat exchanger to reduce the amount of sedimentation. In this type of heat exchanger, the fluid flows into a tube that has a bed of the buckshot and make the bed entrained; in this case, the bed moves along with the current. In this project, the NaClWater- solution concentration of in (16 gr NaCl) / (100 gr H2O) in 85 ° C at different speeds are introduced into the heat exchanger. Then the effect of the entrained bed (tested in several volume fractions) on the reduction of sediment formation (which is determined by weighting the heat exchanger after each test) is checked in the heat exchanger. The mechanism of reducing the formation of sediment byusing the entrained bed is such that inserting the momentum and shear stress into the the entrained bed by wall heat exchanger, separate the sediment from the heat exchanger wall; in addition, by increasing the turbulence of the flow It also reduces the amount of sediment formation. The main part of this heat exchanger is a 0.032-meter diameter tube, which is formed as a rectangular cycle and flows from one point as ajet into this heat exchanger, and most of the inlet fluid leaves the heat exchanger after full pass of the path, but The buckshot bed flows with the fluid not removed from the heat exchanger and during this process the buckshot bed flows continuously in the heat exchanger. To experimentally evaluate the performance of this heat exchanger, designing experiments and analyzing laboratory data method of the RSM has been used. In this experiment, three operational parameters affecting the performance of the entrained bed heat exchanger have been investigated: 1. Fluid velocity. 2. Mass fraction of buckshot bed in the heat exchanger. 3. Process time. Finally, an array of 20 experiments with different conditions was proposed. After performing the experiments, the optimum conditions for the heat exchanger were at 0.76 m / s and the volume fraction of the bed was 6%. Under these conditions, the amount of sediments formed in comparison with the state Heat exchanger without entrained bed is reduced by 90.5%. By examining the results of experiments, it was observed that, with increasing fluid velocity and volume fraction, the amount of sedimentation decreased, and as the process time increased, the amount of sedimentation increased (ie, the minimum sedimentation conditions occur at high velocity of the fluid and large volume fraction of the bed and low process time) .We also continued testing for the modeling of the sedimentation process for as long as the system is in deposition equilibrium, and then we compared the modeling parameters of the various experiments and other each examined the effect of variables affecting modeling parameters. p-value of model is 0.0007 and F-value is 9.85. By reducing the amount of sediments formed, in addition to preventing the reduction of heat exchanger efficiency, the lifespan of the heat exchanger also increases.