مدل سازی و مطالعه تجربی ماندگی فاز گاز در یک ستون حبابی همزن دار

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش ماندگی فاز گاز در یک راکتور ستون­ حبابی گاز ـ مایع همزن دار به طور تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. برای انجام آزمایش­ های تجربی از یک ستون حبابی همزن دار به ارتفاع 54 سانتی­متر و قطر 4/10 سانتی­متر استفاده شد. سامانه ­های مورد مطالعه شامل آب ـ هوا، گازوئیل ـ هوا و روغن موتور بهران ـ هوا بودند. آزمایش­ ها در بازه دور 400-50 دور بر دقیقه همزن انجام شده است. براساس مدل پای باگینگهام یک مدل نیمه تجربی برای ماندگی فاز گاز ارایه شد. نتیجه ­ها نشان داد با افزایش گرانروی از 001/0 به 0136/ ماندگی گاز به علت چسبندگی بالای حباب ­ها در گرانروی بالا و همچنین بزرگ­ترشدن اندازه حباب­ ها در خروجی از توزیع کننده از 041/0 به 033/0 کاهش می­ یابد. در بین سامانه های انتخاب شده بیش­ترین مقدار ماندگی فاز گاز برای سامانه گازوئیل ـ هوا به ­دست آمد. همچنین نتیجه ­ها نشان داد که در مواد با گرانروی پایین کاهش ماندگی فاز گاز به ­دلیل ایجاد حرکت گرداب ه­ای مایع و کانالیزه­شدن هوا توسط همزن می­ باشد. بهترین دور همزن برای افزایش ماندگی فاز گاز در آب و گازوئیل 150 دور بر دقیقه و در روغن موتور بهران در 400 دور بر دقیقه به­ دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Pashaei H., Ghaemi A., Nasiri M., Modeling and Experimental Study on the Solubility and Mass Transfer of CO2 into Aqueous DEA Solution Using a Stirrer Bubble Column, RSC advances, 109: 108075-108092 (2016)
[2] Chen H., Liu J., Pei Y., Zhao P., Hussain M., Study on the Synergistic Effect of UV/Fenton Oxidation and Mass Transfer Enhancement with Addition of Activated Carbon in the Bubble Column Reactor, Chem. Eng. J.,  336: 82-91 (2018).
[3] Pashaei H., Ghaemi A., Nasiri M., Experimental Study and Modeling of CO2 Absorption into Diethanolamine Solutions Using Stirrer Bubble Column, Chem. Eng. Res. Design, 121: 32-43 (2017).
[4] Pino L.Z., Estévez L. A., Yépez M.M., Sáez A.E., Solari, R.B., Effect of Operating Condition on Gas Holdup in Slurry Bubble Columns with a Foaming Liquid, Chem. Eng. Commun., 117: 367-382 (1992).
[5] Hernandez-Alvarado F., Kleinbart S., Kalaga D.V., Banerjee, Kawaji M., Comparison of Void Fraction Measurements Using Different Techniques in Two-Phase Flow Bubble Column Reactors, Int. J. Multiphase Flow, 102: 119-129 (2018),
[6] Krishna R., Swart J., Ellenberger J., Martina G.B., Maretto C., Gas Holdup in Slurry Bubble Columns: Effect of Column Diameter and Slurry Concentrations, AIChE J., 43: 311-316 (1997).
[7] Deckwer W.D., Schumpe A., Improved Tools for Bubble Column Reactor Design and Scale Up, Chem. Eng. Sci., 48: 889-911 (1993).
[8] Kantarcia N., Kutlu F.B., Ulgena O., Bubble Column Reactors, Process Biochem., 40: 2263-2283 (2005).
[9] Pashaei H, Ghaemi A, Nasiri M, Experimental Investigation of CO2 Removal Using Piperazine Solution in a Stirrer Bubble Column, Int. J. Greenhouse Gas Control, 63: 226-240 (2017).
[10] Pashaei H, Ghaemi A, Nasiri M, Heydarifard M., Experimental Investigation of the Effect of Nano Heavy Metal Oxide Particles in Piperazine Solution on CO2 Absorption Using a Stirrer Bubble Column, Energy & Fuels 32(2): 2037-2052 (2018).
[11] Gemello L., Plais C., Augier F., Cloupet A., Marchisio D.L., Hydrodynamics and Bubble Size in Bubble Columns: Effects of Contaminants and Spargers, Chem. Eng. Sci., 184:  93-102 (2018).
[12] Heydarifard M, Pashaei H, Ghaemi A, Nasiri M., Reactive Absorption of CO2 into Piperazine Aqueous Solution in a Stirrer Bubble Column: Modeling and Experimental, Int. J. Greenhouse Gas Control, 79: 91-116 (2018).
[13] Nedeltchev S. Schubert M., Determination of the Entropy Radial Minimum and the Various Transition Velocities in an Air-Water Bubble Column, Chem. Eng. Sci., 170: 234-240 (2017).
[14] Pashaei H, Ghaemi A., CO2 Absorption Into Aqueous Diethanolamine Solution with Nano Heavy Metal Oxide Particles Using Stirrer Bubble Column: Hydrodynamics and Mass Transfer, J. Environ. Chem. Eng., 8(5): 104110 (2020)
[15] Thorat B.N., Joshi J.B., Regime Transition in Bubble Columns: Experimental and Predictions, Exp. Thermal Fluid Sci., 28: 423-430 (2004).
[16] Schumpe A., Grund G., The Gas Disengagement Technique for Studying Gas Holdup Structure in Bubble Columns, Canadian J. Chem. Eng., 64: 891-896 (1986).
[17] Matsuura A., Fan L.S., Distribution of Bubble Properties in a Gas- LiquidlSolid Fluidized Bed, AIChE J., 30: 894-903 (1984).
[18] Hills J.H., The Operation of a Bubble Column at High Throughputs I. Gas Holdup Measurements, Chem. Eng. J., 12: 89-99 (1976).
[19] Miller D.N., Gas Holdup and Pressure Drop in Bubble Column Reactors, Ind. Eng. Chem. Process Design Develop., 19: 371-377 (1980).
[20] Krishna R., Wilkinson P.M., Van L.L. A Model for Gas Holdup in Bubble Columns Incorporating the Influence of Gas Density on Flow Regime Transitions, Chem. Eng. Sci., 46: 2491-2496 (1991).
[21] Krishna R., Swart W.A., Hennephof D.E., Ellenberger J., Hoefsloot H.C.J., Influence of Increased Gas Density on Hydrodynamics of Bubble Column Reactors, AIChE J., 40: 112-119 (1994).
[22] Li H., Prakash A., Influence of Slurry Concentrations on Bubble Population and Their Rise Velocities in a Three-Phase Slurry Bubble Column, Powder Technol., 113: 158-167 (2000).
[23] Schafer R., Merten C., Eigenberger G., Bubble Size Distributions in a Bubble Column Reactor Under Industrial Conditions, Exp. Thermal Fluid Sci., 26: 595-604 (2002).
[24] Moo-Young M., Blanch H.W., Design of Biochemical Reactors Mass Transfer Criteria for Simple and Complex Systems, Design Biochem Reactors, 19: 1-69 (1981).
[25] Bukur D.B., Daly G., Gas hold-up in Bubble Columns for Fischer-Tropsch Synthesis, Chem. Eng. Sci., 42: 2967-2969 (1987).
[26] Miler D.N., Scale-Up of Agitated Vessels Gas-Liquid Mass Transfer, AlChE J., 20: 445-453 (1974).
[27] Leibson I., Holcolm E.G., Cacoso A. G., Jacmic J.J., Rate of Flow and Mechanics of Bubble Formation from Single Submeruae d Orifices, AIChE J., 2: 296-300 (1956).
[28] Kumar R., Kuloor N.K., The Formation of Bubbles and Drops, Adv. Chem. Eng., 8: 255-368 (1970).
[29] Bhavaraju S.M., Mashelkar R. A., Blanch H.W., Bubble Motion and Mass Transfer in Non- Newtonian Fluids, AIChE J., 24: 1063-1070 (1978).
[30] Li H., Prakash A., Heat Transfer and Hydrodynamics in a Three-Phase Slurry Bubble Column, Ind. Eng. Chem. Res., 36: 4688-4694 (1997).
[31] Luo X., Lee D.J., Lau R., Yang G., Fan L.S., Maximum Stable Bubble Size and Gas Holdup in High-Pressure Slurry Bubble Columns. AIChE J., 45: 665-680 (1999).
[32] Akita K., Yoshida F., Bubble Size, Interfacial Area, and Liquid-Phase Mass Transfer Coefficient in Bubble Columns, Ind. Eng. Chem. Process Design Dev., 13: 84-91 (1974).
[33] Veera U. P., Kataria K.L., Joshi J.B., Effect of Superficial Gas Velocity on Gas hold-Up Profiles in Foaming Liquids in Bubble Column Reactors, Chem. Eng. J., 99: 53-58 (2004).
[34] Lagarias J.C., Reeds J.A., Wright M.H., Wright P.E., Convergence Properties of the Nelder–Mead Simplex Method in Low Dimensions, SIAM J. Optim., 9: 112-147 (1998).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار