بررسی آزمایشگاهی استخراج مایع - مایع تک قطره ای در نانوسیال سیلیکا

با وجود اهمیت فرآیند استخراج مایع- مایع در صنایع مختلف از جمله پتروشیمی و صنایع دارویی، اثر نانوذرات بر راندمان انتقال جرم و هیدرودینامیک در این فرآیند، به ندرت مورد بررسی قرار گرفته است. در پروژه ی حاضر، به بررسی آزمایشگاهی اثر حضور نانوذرات آب دوست سیلیکا بر انتقال جرم و مشخصه های هیدرودینامیکی در یک برج استخراج تک قطره ای با استفاده از نازل های با قطر داخلی 0/51-0/1 سانتی متر، پرداخته شده است. ستون استخراج، لوله ای از جنس پیرکس می باشد که قطر داخلی و ارتفاع آن به ترتیب 7/9 و 75 سانتی متر بوده و دو وضعیت مختلف تزریق در پایین و بالای ستون، به منظور بررسی اثر نانوذرات سیلیکا، به ترتیب در فازهای پیوسته و پراکنده، در نظر گرفته شده است. از سیستم شیمیایی تولوئن- استیک اسید- آب استفاده شده و اثر غلظت های مختلف نانوذرات سیلیکا در هر دو فاز پیوسته و پراکنده بر ضرایب کلی انتقال جرم و همچنین سرعت حد، قطر میانگین قطرات و شکل هندسی آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در کلیه ی آزمایش ها جهت انتقال جرم حل شونده ی استیک اسید از فاز پراکنده به پیوسته در نظر گرفته شد. از روش پتانسیومتری به منظور تعیین غلظت های نهایی حل شونده ی استیک اسید در ستون استخراج استفاده شد. به منظور بررسی اثر حضور نانوذرات در فاز پیوسته ساکن، نانوذرات با کسر حجمی 0/005-0/1درصد به فاز پیوسته ی آب بدون یون افزوده شدند و فاز پراکنده قطرات آلی در نظر گرفته شدند که در سیال پیوسته صعود می کردند. همچنین نانوذرات با کسر حجمی 0/005-0/5درصد برای بررسی اثر نانوذرات در فاز پراکنده آب بدون یون به این فاز اضافه گردیدند که این قطرات درون فاز پیوسته آلی حرکت رو به پایین داشتند. به منظور اندازه گیری قطر معادل قطرات و بررسی شکل هندسی آنها در طول مسیر حرکت قطرات در ستون استخراج، عکس هایی تهیه شدند و با استفاده از نرم افزارهای گرافیکی موجود، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که با افزودن نانوذرات به فاز پیوسته و افزایش غلظت این ذرات، ضرایب انتقال جرم کلی فاز پراکنده تا 19 درصد، کاهش می یابد. در اثر افزودن نانوذرات به فاز پیوسته، ویسکوزیته ی این فاز افزایش یافته که سبب کاهش ضریب نفوذ حل شونده در این فاز شده است. همچنین نانوذرات احتمالا در سطح تماس مشترک مایع- مایع قرار گرفته و حضور آنها سبب کاهش این مشخصه ی تاثیرگذار بر انتقال جرم شده است. همچنین در اثر افزودن نانوذرات به فاز پراکنده به طور کلی در همه ی غلظت های آزمایش شده ضرایب انتقال جرم کلی فاز پیوسته نسبت به سیال پایه، کاهش یافتند. با افزودن نانوذرات تا غلظت 0/05 درصد حجمی، این ضرایب به مقدار 17درصد کاهش می یابند که کاهش مشاهده شده را می توان همچون قسمت قبل به کم شدن سطح تماس مشترک به دلیل حضور نانوذرات در فاز پراکنده نسبت داد. با افزایش کسر حجمی نانوذرات پس از این غلظت، در ضریب انتقال جرم کلی فاز پیوسته تغییر قابل ملاحظه ای ایجاد نمی شود. این مشاهدات این گونه توجیه شدند که با افزودن مقدار نانوذرات به فاز پراکنده، احتمالا اثر حرکات براونی این ذرات، بیشتر شده و میدان آشفتگی حاصل از این حرکات با اثر کاهش سطح تماس به دلیل حضور نانوذرات مقابله کرده و چنین روندی مشاهده شده است. همچنین اندازه گیری ها نشان می دهد که افزودن غلظت های مختلف نانوذرات به فاز پیوسته و یا پراکنده، تاثیر قابل ملاحظه ای بر قطر میانگین قطرات، سرعت حد و شکل هندسی آنها نداشته است.