بررسی مشخصات هندسی baffle ها در افزایش ظرفیت برجهای scc توسط آنالیز cfd

برج های تقطیر سینی دار از نوع مخروط چرخان (scc) یکی از انواع برجهای تقطیر می باشند که کاربرد آنها در فرایند های جداسازی به خصوص در صنایع غذایی بسیار رو به افزایش است. پیچیدگی هندسی، رژیم های جریان متفاوت و مکانیزم های مختلف انتقال جرم در آنها باعث شده که به کمک دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) به دنبال توسعه هر چه بیشتر و بهینه سازی اینگونه برج ها باشیم. هدف از این تحقیق بررسی اثر بافل بر روی ظرفیت برج scc در مقیاس پایلوت است که این خود به تنهایی یک نوآوری مهم به شمار می آید. برای بررسی و ارزیابی پارامترهای هیدرودینامیکی در برجهای scc از مدل هایی استفاده شده است که بر اساس معادلات ناویر استوکس پایه ریزی شده اند و روابط با ابزار دینامیک سیالات محاسباتی(cfd) و توسط نرم افزار cfx-11 ارزیابی شده اند. برای اطمینان از صحت هیدرودینامیک مدل، شبیه سازی افت فشار خشک برای جریان بخار آب و افت فشار دو فازی برای شدت جریان ثابت آب برابر با (kg/min )1 در شدت جریان های متفاوت گاز و در سرعت چرخش rpm 550 انجام شده است. سپس بافل ها در دو ناحیه ی حساس برج قرار داده شدند و اثرات آن بر روی هیدرودینامیک برج بررسی شد . تحلیل نتایج بدست آمده حاکی از این است که رژیم جریان در داخل برج مخروطی چرخان در مقیاس پایلوت با معادلات جربان آرام قرابت خوبی دارد و همچنین این رژیم به صورت ناپایدار است و شبیه سازی این برج در مقیاس پایلوت باید به صورت ناپایدار انجام شود . در شبیه سازی دو فازی برج مخروطی چرخان افزایش ناگهانی افت فشار در برج نشان دهنده ی شروع طغیان در داخل برج است . افزایش بافل در گلوگاه خارجی باعث کاهش ناپایداری در سیستم و کاهش افت فشار خشک به میزان 28% شده است و افزایش بافل در گلوگاه داخلی تاثیری بر روی پایداری سیستم ندارد ولی افت فشار خشک را به میزان تقریبی 45% و افت فشار حاصل از افزایش مایع را به میزان 80% کاهش می دهد که این تغییرات موجب افزایش ظرفیت برج به میزان 40% شده است . ادامه ی تحلیل نتایج حاکی از این است که افزایش سرعت زاویه ای چرخش محور باعث افزایش تاثیر بافل بر روی افت فشار می شود که این میزان بطور متوسط 400 پاسکال به ازای هر 250rpm است با توجه به اهمیت ضریب انتقال جرم در بازده برج , تحلیل ها نشان می دهد که افزایش بافل به گلوگاه داخلی باعث افزایش رینولدز اسپری به میزان 37% می شود که این افزایش معادل 11% افزایش در عدد شروود و به طبع در ضریب انتقال جرم اسپری است . دلیل این امر را می توان در چرخش این بافل ها جستجو کرد زیرا این بافل ها با چرخش خود باعث بهبود انتقال مومنتوم به جریان گاز در گلوگاه داخلی می شوند و سرعت گاز را کاهش می دهند و به طبع باعث کاهش مقدار مایع پراکنده شده بر روی سینی ها و کاهش افت فشار و افزایش ظرفیت برج می شوند . از طرفی در جریان دو فازی, وجود این بافل ها در گلوگاه داخلی باعث بوجود آمدن اختلاط بین دو فاز می شود که نتیجه این, افزایش سرعت لغزشی و در نتیجه افزایش راندمان برج است.