نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی ته نشین کننده مرحله استخراج واحد استخراج با حلال و بررسی اثر نرده ها و تیغه های توزیع جریان

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
طالب زارعی 1
محمد صادق اسدی 2
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.
2 شرکت بابک مس ایرانیان، شهربابک، ایران
چکیده
در این مطالعه به کمک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک شبیه سازی سه بعدی برای بررسی الگوی جریان ته نشین کننده مرحله استخراج واحد استخراج با حلال مجتمع مس میدوک انجام شده است. اثر  نرده‌ها (پیکت فنس‌ها) و آرایش آن­ها، اثر تیغه‌های توزیع و الگوی جریان  در عملکرد  ته نشین کننده (ستلر)، چگونگی جدایش فازها و توزیع اندازه قطرات مورد بررسی و شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی قرار گرفت. شبیه­ سازی در قالب اویلری و با بهره ­گیری از مدل MUSIG که براساس معادلات موازنه جمعیت برای محاسبه شکست و بهم چسبیدن قطرات است، انجام شده است. نتایج بدست آمده با داده‌های تجربی مطابقت خوبی داشت. حداکثر خطای شبیه‌سازی 5/8% گزارش شد. نتایج نشان می‌دهد که با اصلاح مکان قرار گرفتن و ساختار  پیکت فنس‌ها و استفاده از تیغه‌های برش جریان در ته ­نشین کننده، توزیع جریان در بخش های مختلف ته­ نشین کننده یکنواخت و جریان­ های چرخشی از بین می رود، بنابراین جداسازی فازی بهتر انجام می شود. شبیه سازی ته نشین کننده نشان داد که باند آشفتگی بین دو فاز تا انتهای ته نشین کننده ادامه دارد و بردار‌های سرعت در این باند بیشتر در جهت طول ته نشین کننده می‌باشند. با قرار دادن مناسب پیکت فنس ­ها در ابتدای ته نشین کننده با فاصله‌های حداکثر 4/0 متر با یکدیگر و تیغه­ های برش جریان در ته نشین کننده باند دیسپرژن تا حد زیادی از بین می‌رود. اثر نسبت مساحت بسته به باز   (C/O)نرده ­ها نیز مورد مطالعه قرار گرفت. با افزایش این نسبت چرخش ­ها و گردابه­ هایی در جریان سیال مشاهده شد که تاثیر منفی در جدایش فازی دارد.
کلیدواژه‌ها
ته نشین کننده
استخراج با حلال مس
پیکت فنس
تیغه های توزیع جریان
دینامیک سیالات محاسباتی

موضوعات

[1] Mousavi S.M., Vossoughi M., Yaghmaei S., Jafari A., Copper Recovery from Chalcopyrite Concentrate by an Indigenous Acidithiobacillus Ferrooxidans in an Air-Lift Bioreactor. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering(IJCCE), 25(3): 21-26 (2006).
[2] Guerdouh A., Barkat D., Influence of the Solvent on the Extraction of Copper (II) from Nitrate Medium Using Salicylideneaniline. Journal of Dispersion Science and Technology, 38(7): 930-934 (2017).
[3] Smellie I.A., Forgan R.S., Brodie C., Gavine J.S., Harris L., Houston D., Hoyland, A.D., McCaughan, R.P., Miller, A.J., Wilson, L., Woodhall, F.M., Solvent Extraction of Copper: An Extractive Metallurgy Exercise for Undergraduate Teaching Laboratories. Journal of Chemical Education, 93(2): 362-367 (2015).
[4] Panda S.K., Singh K., Shenoy K., Buwa V.V., Numerical Simulations of Liquid-Liquid Flow in a Continuous Gravity Settler Using OpenFOAM and Experimental Verification. Chemical engineering journal, 310: 120-133 (2017).
[5] Gigas B., Giralico M., editors., Advanced Methods for Designing Today’s Optimum Solvent Extraction Mixer Settler Unit. Proceedings International Solvent Extraction Conference, eds KC Sole, PM Cole, JS Preston, and DJ Robinson; (2002).
[6] Lane G.L., Mohanarangam K., Yang W., Robinson D.J., Barnard K.R., Flow Pattern Assessment and Design Optimisation for an Industrial Solvent Extraction Settler Through in Situ Measurements and CFD Modelling. Chemical Engineering Research and Design,109: 200-214 (2016).
[7] Mirzaie M., Sarrafi A., Hashemipour H., Baghaie A., Molaeinasab M., CFD Simulation and Experimental Investigation of the Copper Solvent Extraction in a Pilot Plant Pulsed Packed Column in Sarcheshmeh Copper Complex. Heat and Mass Transfer, 53(6):1995-2008 (2017).
[8] Mirzaie M., Sarrafi A., Pour H.H., Baghaie A., Molaeinasab M., Experimental Investigation and CFD Modeling of Hydrodynamic Parameters in a Pulsed Packed Column. Solvent Extraction and Ion Exchange, 34(7): 643-660 (2016).
[9] Sadeghi R., Mohebbi A., Sarrafi A., Soltani A., Salmanzadeh M., Daneshpojooh S., CFD Simulation and Optimization of the Settler of an Industrial Copper Solvent Extraction Plant: A Case Study, Hydrometallurgy, 106(3): 148-158 (2011).
[10] منصوریان د.، کشاورز علمداری ا.، شبیه سازی دینامیک محاسباتی سیال در محفظه ی جداکننده ی فرآیند استخراج حلالی مس، نشریه مهندسی متالورژی، 20(2): 90 تا 97 (1396).
[11] Thaker A.H., Darekar M., Singh K.K., Buwa V.V., Experimental Investigations of liquid–liquid Disengagement in a Continuous Gravity Settler. Chemical Engineering Research and Design, 139: 174-187 (2018).
[12] Sreenivasulu B., Suresh A., Rao C., Sivaraman NJJoR., Chemistry N., Mixer-Settler Runs with Tri-Iso-Amyl Phosphate and Tri-N-Butyl Phosphate for the Aqueous Reprocessing of U–Zr Alloy, fuels, 330(3): 1207-1220 (2021).
[13] Kostanyan A.E., Erastov A.A., Industrial Countercurrent Chromatography Separations Based on a Cascade of Centrifugal Mixer-Settler Extractors. Journal of Chromatography A, 1572: 206-212 (2018).
[14] Ting Y., Hui H., Zhan-yuan L., Lan Z., Zheng L., HAO-gui, Z.H.A.O., Guo-an, Y.E., Transient Behavior and Mathematical Model of Solvent Extraction Process in Mixer-Settler, 42(4): 214 (2020).
[15] زارعی ط.، فارسیانی م.، عابدینی ا.، بررسی آزمایشگاهی و ارائه رابطه­ های تجربی برای سینی دریچه‌ای در مقیاس صنعتی در حد بالا و پایین عملیاتی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 36(3): 199 تا 209 (1396).
[16] رحیمی م.، مطالعه اختلاط فازها در سینی غربالی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 31(1): 101 تا 113 (1391).
[17] Luo H., Svendsen HF., Theoretical Model for Drop and Bubble Breakup in Turbulent Dispersions. AIChE Journal, 42(5): 1225-1233 (1996).
[18] Prince M.J., Blanch H.W., Bubble Coalescence and Break‐Up in Air‐Sparged Bubble Columns. AIChE journal, 36(10): 1485-1499 (1990).
[19] Behzadi A., Issa R., Rusche H., Modelling of Dispersed Bubble and Droplet Flow at High Phase Fractions. Chemical Engineering Science, 59(4): 759-770 (2004).
[20] Magiera R., Blass E.. Separation of Liquid-Liquid Dispersion by Flow Through Fibre Beds. Filtration & separation, 34(4): 369-376 (1997).
[21] موسوی راد س.م.، تاثیر روش­ های تبادل یونی و استخراج با حلال آلی بر حذف فلزهای بالقوه سمی از فاز آبی پساب کارخانه ­های صنعتی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 33(4): 43 تا 52 (1393).