بررسی اثر پارامترهای ساختمانی بر ضریب انتقال جرم در یک ستون ضربه ای پرشده

کمبود اطلاعات تجربی به ویژه در زمینه ضرایب کلی حجمی انتقال جرم جهت طراحی ستون های استخراج ضربه ای پرشده با استفاده از پرکن های منظم و نامنظم یکی از موارد تحقیقاتی مهم و پیش روی محققین می باشد. استفاده از روابط دیگر محققین در مورد دیگر پرکن های نامنظم که در زمینه ضرایب کلی حجمی انتقال جرم و پارامترهای هیدرودینامیکی ارایه شده است به دلیل داشتن خطاهای بسیار بالا هرگز علمی و منطقی نمی باشد و این منجر به انتشار خطای بیش تر و به دست آوردن نتایج غیر واقعی می-شود. هم چنین در زمینه پرکن های منظم تاکنون رابطه ای جهت محاسبه ضرایب کلی حجمی انتقال جرم و پارامترهای هیدرودینامیکی ارایه نشده است و بیش تر روابط ضرایب کلی حجمی انتقال جرم موجود در منابع علمی مربوط به ستون های ضربه ای سینی دار است. هدف از انجام این تحقیق ارایه روابط تجربی جهت محاسبه ضرایب کلی حجمی انتقال جرم در یک ستون ضربه ای پرشده با در نظر گرفتن تأثیر پارامترهای عملیاتی (شدت ضربه، دبی حجمی فازهای پیوسته و پراکنده)، پارامترهای ساختاری پرکن ها (تخلخل و مساحت سطح ویژه پرکن) و خواص فیزیکی سیستم های مایع - مایع (کشش بین فازی، دانسیته و ویسکوزیته فازهای پیوسته و پراکنده) برای دو نوع پرکن شامل پرکن منظم smv و پرکن نامنظم زین اسبی سرامیکی و با استفاده از دو سیستم شیمیایی مایع - مایع شامل آب/استون/تولوئن با کشش بین فازی زیاد و سیستم آب/استون/بوتیل استات با کشش بین فازی متوسط می باشد که با استفاده از مدل پراکندگی محوری ضرایب کلی حجمی انتقال جرم فاز پیوسته محاسبه و روابط تجربی قابل قبولی ارایه گردیده است. لازم به ذکر است که تاکنون هیچ گونه گزارش علمی در زمینه ضرایب کلی حجمی انتقال جرم برای پرکن های فوق ارایه نشده است. هم چنین اثر پارامترهای عملیاتی شامل شدت ضربه، دبی فازهای پیوسته و پراکنده و نیز اثر نوع پرکن و کشش بین فازی بر موجودی فاز پراکنده و ضرایب کلی حجمی انتقال جرم فاز پیوسته مورد بررسی قرار گرفته است. دامنه تغییر مقادیر پارامترهای عملیاتی فوق به ترتیب برای شدت ضربه بین (cm/s)1 تا (cm/s)3، دبی فاز آبی بین (lit/hr)8 تا (lit/hr)25 و برای دبی فاز آلی بین (lit/hr)10 تا (lit/hr)25 می باشد. بر اساس نتایج به دست آمده مقدار موجودی فاز پراکنده برای پرکن منظم فلزی smv بین 2% تا 6% و برای پرکن نامنظم زین اسبی سرامیکی بین 4% تا20% تغییر می کند. هم چنین ضرایب کلی حجمی انتقال جرم فاز پیوسته برای پرکن منظم فلزی smv به ترتیب برای سیستم آب/استون/تولوئن بین (s-1)4-10×62/1 تا (s-1)4-10×5 و برای سیستم آب/استون/بوتیل استات بین (s-1)4-10×11/1 تا (s-1)4-10×75/2 و برای پرکن نامنظم زین اسبی سرامیکی به ترتیب برای سیستم آب/استون/تولوئن بین (s-1)4-10×09/4 تا (s-1)4-10×73/8 و برای سیستم آب/استون/بوتیل استات بین (s-1)4-10×87/1 تا (s-1)4-10×70/6 تغییر می کند. بر اساس نتایج به دست آمده افزایش شدت ضربه و دبی ها منجر به افزایش موجودی فاز پراکنده و ضرایب کلی حجمی انتقال جرم فاز پیوسته برای هر دو سیستم و هر دو نوع پرکن خواهد شد. نتایج نشان می دهد در شرایط عملیاتی یکسان پرکن نامنظم زین اسبی سرامیکی با میزان تخلخل کم تر دارای موجودی فاز پراکنده و ضرایب کلی حجمی انتقال جرم بیش تر می باشد. هم چنین برای سیستم با کشش بین فازی زیاد نسبت به سیستم با کشش بین فازی متوسط در شرایط عملیاتی یکسان برای هر دو نوع پرکن موجودی فاز پراکنده کم تر و ضرایب کلی حجمی انتقال جرم بیش تر است. بررسی و مقایسه روند تغییر مقادیر موجودی فاز پراکنده و ضرایب کلی حجمی انتقال جرم در این کار تحقیقاتی با نتایج علمی دیگر محققین در زمینه ستون های ضربه ای پرشده توافق خوبی را نشان می دهد. در پایان روابط تجربی مناسب و قابل قبولی بر اساس روش کم ترین مجموع مربعات جهت پیش بینی ضرایب کلی حجمی انتقال جرم بر اساس تابعی از گروه های بدون بعد ارایه شده است. از مقایسه نتایج پیش بینی شده از روابط فوق با نتایج تجربی به دست آمده از این پژوهش علمی به ترتیب برای پرکن زین اسبی سرامیکی خطای نسبی مطلق میانگین برابر 7/18% و برای پرکن منظم smv برابر 1/19% است که این مطابقت خوبی را میان نتایج تجربی و روابط ارایه شده بیان می کند.