مطالعه و بررسی تجربی هیدرودینامیک و انتقال جرم سیستم سه فازی در راکتور هواراند با گردش خارجی

راکتورهای هواراند که نقش مهمی در عملیات انتقال جرم در فرایند های شیمیایی، پتروشیمی و مخصوصا بیوشیمی مانند تصفیه فاضلاب ایفا می کنند در طبقه بندی تجهیزات تماس دهنده از اهمیت خاصی برخوردارند. کاربرد وسیع این نوع راکتورها به دلیل مزایای قابل ملاحظه آنها شامل هزینه کم عملیاتی و نگهداری و میزان بالای انتقال جرم است. هم چنین از آنجا که در این راکتور ها قطعات متحرک به کار نرفته است میزان آسیب دیدن میکروارگانیسم های زنده کمتر است و به همین دلیل پژوهش در مورد امکان استفاده از آنها در فرایندهای زیستی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. جهت طراحی راکتورها و نیز پیش بینی میزان انتقال جرم، بررسی پارامترهای هیدرو دینامیکی مانند ماندگی گاز در مایع، سرعت گردش مایع و زمان اختلاط از بسیار پر اهمیت است. عوامل گوناگونی از جمله هندسه راکتور، شرایط عملیاتی و خواص سیال بر روی پارامترهای هیدرودینامیکی و میزان انتقال جرم موثرند. از آنجا که در صنایع شیمیایی و پتروشیمی مواد جامد به صورت ذرات کاتالیستی جهت افزایش سرعت واکنش به کار می روند و نیز در فرایندهای بیوشیمیایی میکرو ارگانیسم ها به صورت ذرات جامد عمل می کنند در این تحقیق تاثیر ذرات جامد بر روی پارامترهای هیدرو دینامیکی و انتقال جرم محلول های میکرو امولسیون مشتقات نفتی شامل دیزل، کروسن، نفتای سنگین و نفتای سبک با غلظت های 3%، 5% و 7% حجمی و همچنین مواد فعال سطحی شامل hctbr (کاتیونی)، triton (غیر یونی) و sds (آنیونی) با غلظت ppm 5 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که حضور ذرات جامد باعث کاهش ماندگی گاز، زمان اختلاط . میزان انتقال جرم می شود ولی سرعت گردش مایع را افزایش می دهند. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت هوادهی، ماندگی گاز در مایع، سرعت گردش مایع و ضریب انتقال جرم افزایش می یابد در حالیکه زمان اختلاط کاهش می یابد. میکرو امولسیون مشتقات نفتی و مواد فعال سطحی باعث افزایش ماندگی گاز، کاهش سرعت گردش مایع و کاهش زمان اختلاط شدند. بررسی ها نشان داد که در بین میکرو امولسیون های مشتقات نفتی؛ نفتای سبک بیشترین و دیزل کمترین تاثیر را بر روی پارامترهای هیدوردینامیکی و انتقال جرم داشت. همچنین مشاهده شد که triton و sds تاثیر تقریبا یکسانی بر روی ماندگی گاز، سرعت گردش مایع و ضریب حجمی انتقال جرم دارند. در میان مواد فعال سطحی مطالعه شده محلول شامل hctbr بیشترین مقادیر ماندگی گاز، سرعت گردش مایع و ضریب حجمی انتقال جرم وکمترین مقادیر زمان اختلاط را دارا بود. اگرچه میکرو امولسیون های مشتقات نفتی باعث افزایش میزان انتقال جرم شدند ولی ماده فعال سطحی میزان انتقال جرم را کاهش دادند.