مطالعه و بررسی تجربی هیدرودینامیک و انتقال جرم در راکتور هواراند با گردش داخلی

ستون های حبابی و راکتورهای هواراند، یکی از مهمترین تجهیزات انتقال جرم در سیستم های دو یا چند فازی که یکی از فازها گاز می باشد، هستند. این تجهیزات در صنعت در فرایندهایی نظیر هوادهی، عریان سازی، کلریناسیون، هیدروژناسیون، تصفیه پساب های صنعتی، تولید بسیاری از مواد آلی و ... کاربرد دارند. راکتورهای هواراند در حقیقت نوع اصلاح شده ستون های حبابی هستند. حرکت فازهای عملیاتی در ستون های حبابی که به صورت نامنظم می باشد در راکتورهای هواراند به صورت منظم با گردش فازها در راکتور انجام می شود. بنابراین در این پروژه تحقیقاتی این نوع خاص از تماس دهنده ها، راکتورهای هواراند با گردش داخلی، که فضای آن توسط یک تیغه جداکننده به دو بخش تقسیم شده، استفاده شده است. هدف در این تحقیق بررسی پارامترهای هیدرودینامیکی نظیر ماندگی گاز در مایع در بالارونده و ناودان، سرعت گردش مایع در راکتور، زمان اختلاط، بررسی رژیم های جریان و انتقال جرم در محیطهای مختلف بوده است. به این منظور از تغییر سرعت گاز ورودی به عنوان پارامتر عملیاتی و تغییر فاز مایع و غلظتهای آن استفاده شده است. در این پروژه تحقیقاتی 4 محیط آزمایشگاهی متفاوت مورد استفاده قرار گرفته است. ابتدا تاثیر افزودن چهار نوع ماده فعال کننده سطحی (سورفکتانت)،hctbr, brij-58, ttriton-405 tween-40 درسیستم حاوی آکنه وبدون آکنه بررسی شده است. که در این میان hctbr کاتیونی و بقیه غیر یونی می باشند. در میان مواد فعال سطحی، hctbr که از نوع کاتیونی می باشد در 75% موارد بیشترین اثر را داشته و در بین غیر یونی ها، اثر tween-40 و brij-58 تقریبا یکسان و بیش از triton-405 بوده است. سپس محلول رقیق چهار الکل آلیفاتیک مختلف شامل متانول، اتانول، پروپانول و بوتانول بررسی شده است، که انتخاب این الکل ها بر مبنای افزایش طول زنجیره کربنی صورت گرفته است. با افزایش غلظت الکل ها و نیز افزایش تعداد کربن موجود در مولکول الکل ها ماندگی گاز در مایع، زمان اختلاط و ضریب انتقال جرم افزایش یافته و سرعت گردش مایع در راکتور کاهش یافته است. همچنین محلول نمک های مختلف شامل , nacl(kitchen quality), nacl, kcl, na2so4, al2so4 بررسی شده است، نمک های مورد استفاده همگی آنیونی بوده اند، زیرا تاثیر این نمک ها نسبت به نمک های کاتیونی بیشتر بوده است. تایج نشان می دهد که حضور نمک ها منجر به تولید حباب های بزرگتر و در نتیجه کاهش ماندگی گاز در مایع و افزایش سرعت صعود حباب ها می شود و این فرایند تا غلظت بحرانی ادامه می یابد و در این غلظت، ناگهان ترکیدن حباب ها بر ادغام آنها چیره می شود که باعث افزایش ماندگی گاز و میزان انتقال جرم و نیز کاهش سرعت صعود حباب ها گردیده است و در آخر نقش میکروامولسیون مشتقات نفتی شاملheavy naphtha, light naphtha, kerosene, diesel در آب بررسی شده است. تایج نشان می دهد کاهش دانسیته، ویسکوزیته و کشش سطحی میکروامولسیون ها منجر به افزایش ماندگی گاز در مایع، زمان اختلاط، میزان انتقال جرم و کاهش سرعت گردش مایع شده است