بررسی مؤلفه‌های عملیاتی مؤثر بر اختلاط واکنشی اسید- باز درون مخزن همزن‌دار به‌روش لیزری PIV/PLIF

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

در این تحقیق اختلاط واکنشی خنثی­سازی اسید- باز با واکنش اسیداستیک و
آمونیوم هیدروکسید درون مخزن همزن­دار برای مطالعۀ رفتار متقابل اختلاط و
واکنش شیمیایی با استفادۀ همزمان از روش‌های لیزری القای صفحه­ای نور شارندگی
(PLIF)1 و سرعت‌سنجی تصویری ذرات(PIV)2بررسی شده‌است. همچنین مواردی همچون
سرعت چرخش پره، فاصلۀ پره از کف مخزن، وجود بافل و خواص روانه‌شناختی
سیال درون مخزن که با تغییر و بهینه­سازی آنها می­توان شرایط حاکم بر عملکرد مخازن اختلاط را بهبود بخشید زمینۀ این بررسی بوده‌است. نتایج به­دست آمده نشان
داد که پیشرفت واکنش خنثی­سازی اسید- باز در شرایط بررسی شده، تحت کنترل
شرایط اختلاط واکنش­دهنده­ها بوده‌است. برای بررسی اثر فاصلۀ پره از کف مخزن، نسبت‌های 25/0
C/T= ، 5/0C/T= و 75/0C/T= انتخاب شدند که C فاصلۀ پره از
کف مخزن و
T قطر مخزن است. همچنین این آزمایش‌ها در سه‌سرعت پرهrpm 100،
rpm
150 و rpm200 تکرار شدند. نتایج نشانداد که با افزایش فاصلۀ پره از کف مخزن که معادل افزایش نسبت C/T است، زمان واکنش به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد.
علاوه‌بر این، در نسبت‌های ثابت
C/T، با افزایش سرعت چرخش پره، زمان واکنش به‌شدت کاهش می‌یابد. همچنین بهمنظور بررسی اثر تعداد بافل‌های درون مخزن، از یک‌مخزن بدون بافل، 2 بافل و 4 بافل در سرعت‌های rpm100،rpm 150 و rpm200 استفاده شد.
بر اساس نتایج مشخص شد که با افزایش تعداد بافل درون مخزن، زمان واکنش
کاهش می­یابد. یکی دیگر از مؤلفه‌های مورد بررسی در این تحقیق، گرانروی سیال بود که آزمایش‌ها در گرانروی‌های
mPa.s 35 µ= ، mPa.s55 µ= و mPa.s75µ= انجام شدند. نتایج حاصل از این آزمایش‌ها نشانداد که با افزایش گرانروی سیال از mPa.s 35 µ=،
به
mPa.s 55 µ=، زمان واکنش افزایش چشمگیری مییابد؛ اما افزایش گرانروی سیال به مقدار mPa.s 75 µ=تأثیر کمتری بر میزان افزایش زمان واکنش دارد.

کلیدواژه‌ها


Xiaoxia, X., Feng , Z. S., "Numerical simulation of reactive mixing process in a stirred reactor with the DQMOM-IEM model". chemical engineering journal, (2018).
[2]        Faes, M., Glasmacher, B., "Measurements Of Micro-And Macromixing In Liquid Mixtures Of Reacting Components Using Two-Colour Laser Induced Fluorescence". Chemical Engineering Science, (2008).
[3]        Cui, Y., Zhang, H., Li, X., Yang, M., "Computational and experimrntal investigation of laminar flow mixing system in a pitched – blade turbine stirred tank". Int J Agric & boil eng, (2018).
[4]        Aydin, O., Yapici, S., "A method for measurement of mixing time; A new application of electrochimical limiting diffusion current technique". Experimental thermal and Fluid Science, (2018).
[5]        Cheng, D., Feng, X., Cheng, J., Yang, C., "Experimental study on the disperesed phase macro-mixing in an immiscible Liquid-liquid stirred reactor". Chemical Engineering Science, (2015).
[6]        Thakur, S., Chauhan, M. S., "Removal of Malachite green dye from aqueous by Fenton Oxidation". International Research Journal of Engineering and Technology, (2016).
[7]        Chang, G., Peng, J., Yu, X., "Visualization study on vortex structure over an airfoil using planar laser induced fluorescence". International Journal for repid communication, (2018).
 
 
 
[8]        Lozano, A., Yip, B., "Acetone: a tracer for concentration measurement in gaseous flows by planar laser induced fluorescence". Experimental in Fluids, (1992).
[9]        Cruyningen, I. V., Lozano, A., Hanson, R. K., "Quantitative imaging of concentration by planar laser induced fluorescence". Experimental in Fluids, (1990).
[10]      Cetegen, B. M., Mohamad, N., "Expriments on liquid mixing and reaction in a vortex". Mechanical Engeering Department, (1992).
[11]      Gaskey, S., Vacus, P., David, R., "A method for turbulant mixing using flourecence spectroscopy". Experimental in Fluids, (1990).
[12]      Andre, C., David, R., Andre, J. C., Villermaux, J., "A New Fluorescence Method for measuring cross- fluctuations of two Non- reactive Component in a mixing Device". Chem. Eng. Techhnol, (1992).
[13]      Houcine, I., Vivier, H., Plasari, E., David, R., "Planar laser induced fluorescence technique for measurements of concentration fields in continuous stirred tank reactors". Experiments in Fluids, (1996).
[14]      Distelhoff, M. F. W., Marquis, A. J., "Scalar Mixing Measurement in batch operated stirred tank". Chemical Engineering, (1997).
[15]      Guillard, F., "Mixing patterns in rushton-tuorbine-agitated reactors". Lund University Publication, (2003).
[16]      Fall, A., Lecoq, O., David, R., "Chaaracterization of mixing in a stirred tank by planar laser induced fluorescence (PLIF) ". Institution of chemical engineers, (2001).
[17]      Hall, J. F., Barigou, M., Simmons, M. J. H., "Mixing in Unbaffled High-Throughput Experimenation Reactors". Ind. Eng. Chem, (2004).
[18]      Chung, K. H. K., Barigou, M., "Reconstruction of 3-D field inside miniature stirred vessels using A 2-D PIV Technique". Departement of Chemical Engineering, (2007).
 
[19]      Moghaddas, J.S., "An Experimental study of fluid dynamics and mixing in bubbly gas-liquid flow systems". Lund University Publication, (2004).
[20]      Zadghaffari, R., Moghaddas, J. S., Revstedt, J., "A mixing study in a double- rushton stirred tank". Computers and Chemical Engineering, (2009).
[21]      Collignon, M. L., Dossin, D., "Quality of mixing in a stirred bioreactor used for animal cells culture: heterogeneities in a lab scale bioreactor and evolution of mixing time with scale up". Biotechnol. Agron. Soc . environ, (2010).
[22]      Busciglio, A., Grisafi, F., Ippolito, F., "mixing time in unbaffled stirred tank". European Conference on mixing Warszawa, (2012).
[23]      Jordan, L. E., Amaro, A., "Introducing the planar laser- induced fluorescence techniqu (PLIF) to measure mixing time in gas- stirred ladles". The minerals, Metal & Materials Society, (2019).
[24]      Sancho, I., Varela, S., Vernet, A., Pallares, J., "Characterization Of The Reacting Laminar Flow In a Cylindrical Cavity With a Rotating Endwall Using Numerical Simulations And a Combined PIV/PLIF Technique". International Journal Of Heat And Mass Transfer, (2016).
[25]      Ibarra, R., Zadrazil, I., "Dyanamics of Liquid-Liquid flows in a horizontal pipes using simultaneous two- line planar laser-induced fluorescence and particle velocimetry". Multiphase Flow, (2017).
[26]      Ascacanio, G., "mixing time in stirred vessel; A reviw of expermental tecniques". Chmical Engineering, (2015).
[27]      Jordan, L. E., Rivera, C. G., Ramirez, M. A., "Effect of model size and water chemical composition on mixing time measurments using PLIF in a gas stirred ladle".Sciences Technology Conference, (2019).