پیشگویی توزیع اندازه ذرات در پلیمریزاسیون سوسپانسیونی وینیل کلراید

میدان جریان مغشوش در یک تانک همزندار مجهز به بافل با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی cfd شبیه سازی شده است. شبیه سازیها با استفاده از روش قاب مرجع چندگانه (mrf) و مدل اغتشاش k-? انجام شده و نتایج حاصل از شبیه سازیها نشان می دهد که میدان جریان در داخل تانک غیر همگن است. معیاری که برای این ناهمگنی در نظر گرفته شده نرخ اتلاف انرژی جنبشی اغتشاش است. این ناهمگنی به ویژه در سه منطقه از تانک یعنی اطراف تیغه همزن با نرخ اتلاف انرژی بسیار بالا ، اطراف بافلها با نرخ اتلاف انرژی نسبتا بالا و توده سیال با نرخ اتلاف انرژی بسیار پایین مشاهده می گردد. بنابراین از یک مدل سه منطقه ای برای مطالعه میدان جریان و مشخصات آن استفاده شده که در آن حجم کل تانک به سه منطقه همگن به نامهای منطقه همزن، منطقه گردشی و منطقه بافل تقسیم شده و مقادیر متوسط انرژی جنبشی اغتشاش، نرخ اتلاف انرژی جنبشی اغتشاش وویسکوزیته اغتشاش برای هر منطقه محاسبه و اثر پارامترهایی نظیر دور همزن؛ قطر همزن، فاصله همزن از کف تانک ، پهنای بافل و زاویه بافل بر روی میدان جریان و مشخصات آن مطالعه شده است. روش جدیدی برای تعیین مرزهای بین نواحی مختلف به نام روش گرادیان استفاده شده که بر اساس تغییرات گرادیان نرخ اتلاف انرژی جنبشی اغتشاش است. نتایج حاصل از این روش با روش متداول موسوم به روش نرخ اتلاف انرژی تجمعی مقایسه و تفاوت چندانی بین این دو روش مشاهده نگردید. نتایج حاصل از شبیه سازیها نشان می دهد که فاصله همزن از کف تانک فقط بر روی نرخ اتلاف انرژی جنبشی در منطقه همزن تأثیر دارد و سبب افزایش آن می شود. افزایش قطر همزن سبب افزایش انرژی جنبشی اغتشاش و نرخ اتلاف آن در منطقه همزن و کاهش ویسکوزیته اغتشاش در دو منطقه بافل و گردشی می گردد. افزایش پهنای بافل نیز باعث کاهش نرخ اتلاف انرژی جنبشی اغتشاش در منطقه بافل می شود. همچنین انحراف زاویه بافل نسبت به صفحه افقی با عث افزایش نرخ اتلاف انرژی اغتشاش در مناطق بافل و همزن می گردد. پارامترهای مدل سه منطقه ای شامل نسبتهای حجمی بافل و همزن (µi , µb) ، نسبتهای نرخ اتلاف انرژی بافل و همزن(?i , ?b) و شدت جریانهای تبادلی بین مناطق همزن-گردشی و بافل-گردشی , qb) (qi محاسبه شده و اثر پارامترهای مذکور در بالا بر روی آنها مطالعه شده است. از مدل سه منطقه ای همچنین برای مطاله میدان جریان در راکتور صنعتی پلیمریزاسیون سوسپانسیونی وینیل کلراید بندر امام استفاده شده و نتایج حاصل در پیشگویی توزیع اندازه ذرات نهایی پلیمر به کار رفته است.برای پیشگویی توزیع اندازه ذرات از مدل موازنه جمعیتی سه منطقه ای و برای حل آن از روش دسته ها استفاده شده است. پارامترهای مدل موازنه جمعیتی با استفاده از انطباق نتایج بدست آمده از حل معادله موازنه جمعیتی برای توزیع اندازه ذرات (psd) با داده های تجربی برای پلی وینیل کلراید نوع65 به دست آمد. برای اثبات درستی پارامترهای به دست آمده از داده های تجربی مربوط به نوع70 استفاده و مشاهده شد که مدل به خوبی می تواند توزیع اندازه ذرات مربوط به نوع 70 به ویژه دو پیک موجود در منحنی آن را به خوبی پیشگویی کند. اثر پارامترهایی نظیر دور همزن، کسر حجمی فاز پراکنده و غلظت عامل سوسپانسیون کننده بر روی توزیع اندازه ذرات مطالعه شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که توزیع اندازه جمعیتی ذرات ابتدا با افزایش دور همزن افزایش یافته و تیز می گردد. اما پس از رسیدن دور همزن به یک مقدار ویژه جهت تغییرات آن عکس شده و منحنی توزیع اندازه ذرات پهن تر می شود. منحنی تغییرات قطر متوسط ساتر ذرات با دور همزن دارای یک مینیمم در یک دور همزن ویژه است. قطر متوسط ساتر همچنین با افزایش کسر حجمی فاز پراکنده افزایش و با افزایش غلظت عامل سوسپانسیون کننده، کاهش می یابد.