تحلیل عددی پارامترهای هیدرودینامیکی موثر در برج های جذب بستر چرخان (rpb) توسط آنالیز دینامیک سیالات محاسباتی

با وجود کاربرد گسترده برج های پرشده معمولی در صنایع جداسازی، ثابت شده است که محدودیت های افت فشار و انتقال جرم قابل توجهی در این برج ها ، وجود دارد. یکی از ایده هایی که در دهه های اخیر در جهت رفع این محدودیت ها مطرح شده و در موارد زیادی کارایی آن ثابت شده است، استفاده از بستر پرشده چرخان (rpb) می باشد. ایده اصلی بسترهای پرشده چرخان، جایگزینی میدان گرانش زمین با میدان گریز از مرکز است. اگر بتوان شتاب ناشی از گرانش را درون دستگاه افزایش داد، در این صورت نیروی محرکه جدیدی برای حرکت فازها درون دستگاه فراهم می شود. در چنین شرایطی طغیان درون برج به سختی اتفاق می افتد. در نتیجه، دبی های بالاتر گاز و مایع می توانند مورد استفاده قرار گیرند، سطح ویژه برج افزایش می یابد و فیلم های مایع نازکتر می شوند. تحت این شرایط، ضرائب انتقال جرم حجمی بالایی بدست می آیند که بشدت ابعاد فیزیکی مورد نیاز دستگاه را کاهش می دهند.با توجه به پتانسیل بالای بسترهای پرشده چرخان برای تقویت فرایند، از دینامیک سیالات محاسباتی برای فهم بهتر و دقیق تر هیدرودینامیک جریان سیال درون این بسترها استفاده شد. به همین منظور، در مرحله اول، جریان گاز درون یک بستر پرشده چرخان بدون حضور مایع و با استفاده از دو روش محیط متخلخل و چیدمان نامنظم پرکننده ها، با استفاده از نرم افزار fluent شبیه سازی شد. در مرحله دوم، با استفاده از مدلی بر اساس روش انتگرال مومنتوم، پروفایل سرعت های مماسی و شعاعی مایع، ضخامت فیلم مایع، میزان تجمع مایع درون بستر و نهایتاً میزان افت فشار جریان گاز در حالت دوفازی بدست آمد.نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان دادند که افت فشار کل دستگاه rpb در حالت خشک، با افزایش سرعت زاویه ای بستر و افزایش دبی جریان گاز، افزایش می یابد. از آنجاییکه طراحی ورودی جریان گاز، نحوه توزیع گاز درون محفظه ثابت rpb را تعیین می کند، برای بررسی اثر زاویه ورودی گاز بر روی توزیع جریان درون بستر پرشده چرخان، سه هندسه مختلف با زوایای 90، 45 و 0 درجه لوله ورودی گاز نسبت به بدنه محفظه، ایجاد شدند. نتایج مربوطه نشان دادند که در مورد ورودی مماسی، توزیع نامنظم جریان گاز درون محفظه ساکن، همچنین در محل الحاق بستر و محفظه، نسبت به سایر طراحی ها کمتر می باشدبیشترین میزان ضریب توزیع نامنظم سرعت های شعاعی و مماسی درون محفظه ساکن، برای ورودی مماسی به ترتیب حدوداً برابر 64/0 و 65/1 بدست آمد که کمتر از سایر طراحی ها بود. نتایج حاصل از مرحله دوم پژوهش نشان دادند که در یک سرعت زاویه ای مشخص، افزایش دبی جریان مایع منجر به افزایش میزان تجمع مایع درون بستر می گردد. افت فشار جریان گاز درون بستر پرشده در حالت دوفازی، بخصوص در سرعت های زاویه ای بالاتر، کمتر از افت فشار بستر خشک بدست آمد. بنابراین، نتیجه گرفته شد که حضور جریان مایع درون بستر پرشده باعث کاهش افت فشار جریان گاز می شود. این امر به این دلیل است که جریان مایع در حضور میدان گریز از مرکزی به صورت یک روان کننده عمل می-کند و باعث سهولت حرکت جریان گاز از بین پرکننده ها می گردد. علاوه بر این، حضور مایع باعث کوتاه شده مسیر حرکت گاز می گردد.