مدلسازی انتقال جرم در ستون های پاششی

تعداد صفحات : ۵۴ فرمت : word

مقدمه

با توجه به اهمیت راندمان انتقال جرم به عنوان مهمترین خصوصیت جهت طراحی یک دستگاه جداسازی و نقشی که این پارامتر در انتخاب نوع دستگاه مورد نظر ایفا می کند ، در این پروژه به بررسی تغییرات این پارمتر در یک ستون استخراج پاششی پرداخته شده است. توزیع کننده ها از نوع صفحات سوراخ دار (Perforated Plates) با قطرهای متفاوت می باشند . راندمان انتقال جرم در دو مرحله تشکیل و صعود قطرات بدست آمده و تغییرات آن بر حسب پارامترهایی همچون زمان تشکیل ، ارتفاع صعود و عدد دینولدز بررسی گردید . نتایج حاکی از آن است که راندمان انتقال جرم ، چه در مرحله تشکیل و چه در مرحله صعود ، رابطه مستقیم با تلاطم و چرخشهای درونی قطرات دارد و هر عاملی که باعث تشدید تلاطم در قطرات گردد ، تاثیر مستقیم بر روی راندمان انتقال جرم خواهد داشت .

انتقال جِرم(به انگلیسی: Mass transfer)

مبحثی در مهندسی شیمی و یکی از شاخه‌های پدیده‌های انتقال است که به بررسی انتقال ماده در اثر اختلاف پتانسیل شیمیایی می‌پردازد. در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مهندسی شیمی تغییر غلظت ماده‌های درگیر در یک واکنش و ساخت فرآورده‌ای دیگر مورد نیاز است. در بسیاری از این جداسازی‌ها دگرگونی(تغییر) شیمیایی نداریم و خود ماده‌ها دست‌نخورده باقی می‌مانند. دگرگونی تنها فیزیکی بوده و به عبارت دیگر جداسازی انجام می‌دهیم. برای این جداسازی روش‌های گوناگونی است. برای نمونه محلول‌ها گاهی از روش تقطیر بهره می‌گیرند.

هر گونه حرکت ذرات مواد انتقال جرم نامیده نمی‌شود مانند بوییدن گل یا انتقال نفت از راه خط لوله ولی حل شدن قند در آب یا عصاره‌کشی با استفاده از حلال انتقال جرم است.

عملیات جداسازی در مهندسی شیمی

بطور کلی هدف بسیاری از عملیات در مهندسی شیمی، جداسازی اجزای یک محلول یا مخلوط از یکدیگر و یا دست‌یابی به یک ماده خاص از ترکیب یا مخلوط دو جزء یا چند جزء می‌باشد.آنچه که بعنوان عملیات جداسازی مورد نظر است، می‌تواند شامل جدا کردن اجزای یک مخلوط با استفاده از یک سری عملیات مکانیکی از قبیل فیلتر کردن، غربال کردن و… و یا جدا کردن اجزاء یک محلول (یا مخلوط همگن) به مواد خاص تشکیل دهنده آن باشد. عملیات جداسازی اجزاء یک محلول می‌تواند به همراه و یا بدون انجام واکنش شیمیایی صورت کیرد. بنابراین: بخش عمده‌ای از درس عملیات انتقال جرم عملیات جداسازی یک محلول بدون شیمیایی می‌باشد این عملیات جایگاه ویژه‌ای نسبت به بقیه عملیات دارند؛ از جمله می‌توان تقطیر، جذب، متبلور سازی و.. را نام برد.البته سایر موارد و واحدهای عملیاتی نیز به نوبه خود پراهمیت هستند^.

تقسیم‌بندی عملیات انتقال جرم

بطور کلی عملیات انتقال جرم را با توجه به نحوه تماس و قابلیت امتزاج پذیری دو فاز می‌توان به صورت زیر تقسیم بندی نمود .

• تماس مستقیم دو فاز غیر قابل امتزاج
• تماس مستقیم بین دو فاز قابل امتزاج
• تماس غیر مستقیم دو فاز که توسط غشاء از یکدیگر جدا شده اند

تماس مستقیم دو فاز غیر قابل امتزاج

تماس دو فاز غیر قابل امتزاج مهمترین و عمده‌ترین بخش از سه مجموعه تقسیم بندی فوق را شامل می‌شود هر یک از فازهای در حال تماس با یکدیگر می‌تواند شامل یک یا چند جزء باشد. پش از انجام انتقال جرم و رسیدن به تعادل، اجزاء تشکیل دهنده فازها دارای غلظتهای متفاوتی در دو فاز خواهد بود. مثلا تماس دو فاز آب و تولوئن را در نظر بگیرید. در نقطه تعادلی (که انتقال جرمی صورت نمی‌گیرد)غلظت تولوئن در دو فاز یکی نیست .کلیه سیستمهای دو فازی در مقوله انتقال جرم قرار نمی‌گیرند. به عنوان مثال محلول نمکی را در نظر بگیرید که در حال تعادل با بخار آب می‌باشد؛ این بخارات حاوی نمک نیست و به هر حال با آنکه یک فاز خالص است اما انتقال جرم از فازی که حاوی نمک است به فاز دیکر (گاز) صورت نمی‌گیرد.

مدل سازی برجهای پاششی بر مبنای اصول انتقال جرم

در این مطالعه یک مدل ریاضی برای برجهای پاششی ارائه شده است . این مدل بر اساس انتقال جرم و شامل موازنه جرم برای فاز پیوسته ( گاز) و ناپیوسته (قطره) می باشد . این نوع دستگاهها معمولاْ برای جدا کردن آلاینده از جریان گاز بکار برده می شود . قطرات مایع (فاز ناپیوسته )‌ در تماس با فاز گاز هستند و تبادل آلاینده بین هر دو فاز به شدت وابسته به سطح تماس می باشد . از آنجائیکه تعدادی از قطرات در طول برج بصورت فیلم بر روی دیواره برج پائین می آیند و بازدهی برج بستگی به محل و مقدار فیلم تشکیل شده دارد بنابراین در این مدل با در نظر گرفتن حرکت قطرات تحت زوایای مختلف محل دقیق و مقدار فیلم تشکیل شده محاسبه گردیده است .