پاورپوینت انتقال جرم

— پاورپوینت شامل تصاویر میباشد —-

اسلاید ۱ :

۱-۸ مقدمه

مهمترین واحدهای عملیاتی گاز – مایع عبارتند از تقطیر، جذب، دفع، رطوبت گیری. این واحدهای عملیاتی می توانند توأم با انتقال جرم و حرارت باشند. از طرفی در بعضی گرادیان غلظت و نفوذ در هر دو فاز قرار می گیرد و حداقل یک جزء در دو فاز نفوذ می کند ( مانند جذب جزء خاص از مخلوط گازی توسط حلال مایع ) و در بعضی انتقال جرم در هر دو فاز صورت می گیرد و کلیه اجزاء در هر دو فاز نفوذ می کنند ( مانند تقطیر). لذا پیچیدگی واحدهای فوق از تقطیر تا رطوبت گیری کاهش می یابد.

دستگاههای مختلفی برای تماس هر چه بهتر و انتقال جرم با راندمان بالاتر برای سیستم گاز – مایع استفاده شده اند. از جمله این دستگاهها می توان ظروف مجهز به توزیع کننده گاز ( Sparger)، ظروف مجهز به بهم زدن مکانیکی، شوینده های ونتوری، ستونهای دیواره مرطوب، ستونهای پاشنده، ستونهای سینی دار و ستونهای پر شده را نام برد. در بسیاری از این دستگاهها به منظور بالا بردن سطح تماس بین دو فاز، یکی از فازها به صورت حبابها یا قطرات کروی یا فیلم مایع در تماس با فاز مداوم دیگر قرار می گیرد. سطح تماس و نحوه پراکندگی یک فاز در فاز دیگر (فاز مداوم) از پارامترهای مهم در طراحی هستند.

اسلاید ۲ :

ظروف مجهز به توزیع کننده گاز

ظروف مجهز به Spargerها برای سیستم های گاز – مایع بدون واکنش شیمیایی و یا به همراه واکنش شیمیایی استفاده شده اند. Spargerها (توزیع کننده حبابها) وسایلی هستند که با استفاده از آنها می توان حبابهای گازی را در یک سیال مایع (فاز مداوم) ایجاد نمود. گاهی این توزیع کننده ها از لوله های ساده تشکیل شده اند. و گاهی توزیع کننده هایی طراحی شده اند که از سوراخهای تعبیه شده در توزیع کننده، حبابهای گازی ایجاد می شود. قطر سوراخها معمولاً ۳ – ۵/۱ میلیمتر و فاصله آنها حداقل سه برابر قطر حباب تولیدی توصیه شده است. توزیع کننده های گاز خود نقش بهم زننده و ایجاد تلاطم درون ظرف را نیز دارند.

اسلاید ۳ :

انتقال جرم در ظروف مجهز به Sparger

در این گونه ظروف و در تماس دو فاز گاز – مایع معمولاً بیشترین مقاومت در مقابل انتقال جرم در فیلم فاز مایع و در اطراف حباب قرار می گیرد و از مقاومت درون فاز گاز (به لحاظ ویسکوزیته کم و وجود چرخش های درونی بالا بخصوص در حبابهای متوسط و بزرگ) صرف نظر می شود. تماس دو فاز در اینگونه ظروف به صورت مداوم یا پیوسته، نیمه پیوسته و ناپیوسته امکان پذیر است.

روابط زیادی برای دستیابی به ضرایب انتقال جرم فیلم مایع (در اطراف حباب کروی) در چنین سیستمهایی ارائه شده است که از آن جمله به رابطه زیر می توان اشاره نمود.

اسلاید ۴ :

یک حباب

مجموعه حبابها

اسلاید ۵ :

رابطه فوق برای سیستمهای با یک حباب تنها و مجموعه حبابها در نظر گرفته شده است. واضح است که در بسیاری از واحدهای عملیاتی واقعی با مجموعه حبابها برخورد خواهیم کرد.

اسلاید ۶ :

ظروف مجهز به بهم زن

یکی از دستگاههای عملیاتی گالز – مایع، ظروف مجهز به بهم زن می باشد که در این ظروف، بهم زن توسط شفتی درون ظرف قرار می گیرد و با بهم زدن سیال درون ظرف اختلاط صورت می گیرد. این ظروف برای بهم زدن جامدات، مایعات و گازها در مایعات دیگر به همراه و یا بدون واکنش شیمیایی استفاده می شود. میزان اختلاط و ایجاد جریان متلاطم درون آنها فوق العاده بالاست و با پراکندگی یک فاز در فاز دیگر انتقال جرم به خوبی صورت می گیرد.

این ظروف معمولاً به شکل استوانه ای بوده و عمق مایع درون ظرف معممولاً در حد یک تا دو برابر قطر ظروف انتخاب می شود.

توزیع گاز معمولاً از طریق Sparger (که در زیر پره قرار داده شده است) دایره ای شکل و با قطری کمتر از یا در حد قطر پره مورد استفاده در ظرف از طریق سوراخهایی که رو به بالا ایجاد شده است وارد ظرف می شود. قطر سوراخها حدود mm 5/6 – ۳ و تعداد آنها در حدی توصیه شده است که عدد رینولدز سوراخ توزیع کننده (Sparger) در حدود ۱۰۰۰۰ و یا بیشتر باشد.

اسلاید ۷ :

                              سرعت فاز گاز از هر سوراخ توزیع کننده و d0 قطر سوراخ می باشد. فاصله سوراخها نباید کمتر از قطر قطره تولیدی توسط سوراخ باشد. در صورت نیاز به زمان تماس بیشتر بین دو فاز از تانکهای عمیق تر و با قطر کمتری استفاده می شود و معممولاً از دو یا چند پره برای اختلاط که برروی یک شفت نصب شده است، استفاده می کنند. عمق تانکها بیش از m5-3 توصیه نمی شود.

پره های مختلفی برای استفاده در اینگونه ظروف طراحی شده اند، لیکن بخش عمده پره های مورد استفاده از نوع توربینی                       باز و یا دیسکی به همراه تیغه های تعبیه شده روی آن می باشد. این پره به لحاظ ایجاد جریان عمود بر جهت حرکت حبابهای گاز (به سمت بالا) و بخصوص در مقیاس های بزرگ بیشتر توصیه شده است. قطر پره ها معمولاً در حد (۴/۰ – ۲/۰) برابر قطر ظرف می باشد (      

پره ها باید به گونه ای درون ظرف قرار گیرند که حداقل به اندازه قطر پره از کف ظرف فاصله داشته باشند.

اسلاید ۸ :

افت فشار – بررسی افت فشار بخار از پارامترهای مهم در طراحی سینی
می باشد، بخصوص اگر ستون در شرایط خلأ کار نماید. اصولاً افت فشار بستگی به جزئیات طراحی سینی ها دارد. لیکن در یک نگاه اجمالی افت فشار سینی های مشبک نسبت به افت فشار سینی های شیردار و سینی شیردار نسبت به سینی فنجانی کمتر می باشد.

بنابراین در یک نگاه اجمالی استفاده از سینی های مشبک به لحاظ ارزان بودن و انعطاف پذیری قابل قبول در محدوده طراحی و افت فشار کم توصیه می شود

اسلاید ۹ :

مراحل طراحی هیدرولیکی یک سینی

مقدمه

طراحی یک سینی مانند بسیاری از طراحی های مهندسی، ترکیبی از تجربه و تئوری می باشد. در این خصوص از روابط نیمه تئوری و اطلاعات حاصل از مقیاس صنعتی و نیمه صنعتی برای طراحی استفاده می شود.

اصولاً طراحی هیدرولیکی سینی باید به گونه ای باشد که تماس دو فاز بخار و مایع (در تقطیر) بخوبی صورت گیرد؛ هلدآپ فاز مایع (ماندگی) به اندازه کافی باشد تا تقریبا/ض تمامی قسمتهای فعال سینی از مایع پر شود. و سینی با راندمان بهتری کار کند؛ سطح فعال و فاصله سینی ها به اندازه باشد؛ مقدار E trai me t و افت فشار در حد قابل قبول بوده و تعداد ناودانی ها به اندازه کافی باشد تا جریان مایع به راحتی از یک سینی به سینی دیگر منتقل شود. مراحل طراحی زیر که برای طراحی سینی مشبک و به روش حدس و خطا ارائه شده است. برای سینی ها نیز با تغییرات بسیار جزئی در بعضی مراحل طراحی قابل استفاده است.

اسلاید ۱۰ :

مراحل طراحی یک سینی مشبک :

۱- دستیابی به حداکثر و حداقل دبی فاز مایع و بخار ، نسبت Tur dow ratio فازها

۲- جمع آوری و تخمین خصمصیات فیزیکی

۳- انتخاب فاصله بین سینی ها

۴- تخمین قطر ستون (برمبنای کسری از طغیان)

۵- انتخاب الگوی جریان روی سینی

۶-دستیابی اولیه به سطوح مختلف روی سینی، سطح ناودانی، سطح فعال، سطح سوراخه شده، سطح سوراخها، قطر سوراخ، تعداد سوراخ ها و ارتفاع سد

۷- بررسی سرعت چکه کردن مایع (پدیده Weepi g) و در صورتیکه مقدار چکه کردن بیش از حد توصیه شده باشد، به مرحله ۶ برمی گردیم.

۸- بررسی سرعت افت فشار و در صورت نیاز بازگشت به مرحله۶

۹- بررسی ارتفاع مایع و زمان توقف مایع درون ناودانی و در صورت نیاز بازگشت به مرحله۶ یا۳

۱۰- تصمیم گیری در مورد جزئیات سسینی، منطقه ارامش، سطوح سوراخ نشده، فاصله سوراخ ها و در صورت لزوم بازگشت به مرحله۶

۱۱- محاسبه مجدد درصد طغیان بر اساس قطر ستون بدست آمده

۱۲- بررسی مقدار E trai me t (کشیده شده فاز مایع توسط بخار به سمت بالا) و در صورت نیاز برگشت به مرحله۴

۱۳- تکرار تمامی مراحل ۳ الی ۱۲ و دستیابی به حداقل قطر ستون و حداقل فاصله سینی ها که مورد قبول باشد.

۱۴- نهایی کردن طراحی با رسم سینی به همراه جزئیات سینی طراحی شده