شبيه‌سازي CFD اختلاط و تحليل حرارتي رآكتورهاي هم زده صنعتي دوغابي

كارشناسي ارشد

امروزه استفاده از تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي در شبيه‌سازي فرايندها از جمله اختلاط بسيار كاربردي شده است. در اين ميان اختلاط فازهاي مختلف در رآكتورهاي همزن‌دار از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار است. در اين تحقيق از مدل قاب چرخان براي شبيه‌سازي استفاده شده است. بر طبق نتايج حاصل از شبيه‌سازي براي استفاده از اين مدل ابعاد بهينه ناحيه چرخان از افزايش 60% قطر و ارتفاع پروانه براي پروانه 6 تيغه راشتون دوتايي استاندارد به دست مي‌آيد. از انجام شبيه سازي مشخص گرديد توان مصرفي و ميزان پمپاژ سيال در پروانه بالايي از پروانه پاييني بيشتر است. هم چنين مشخص گرديد در طراحي فاصله بين دو پروانه، الگوي موازي بيشترين و الگوي جمع شده كمترين مقدار توان مصرفي را دارند. در بهينه‌سازي متغيرهاي فرايندي نتيجه شد با افزايش سرعت چرخش و دبي گاز مي‌توان اختلاط را سريعتر و با توان مصرفي كمتري انجام داد. اما اين افزايش داراي محدوديت مي‌باشد. افزايش سرعت بايستي تا حدي انجام شود كه سيال درون رآكتور به‌واسطه چرخش زياد به بيرون نشت نكند. هم چنين دبي گاز بايستي تا حدي افزايش يابد كه بر اساس نقشه الگو جريان، شرايط براي اختلاط كامل مهيا باشد. با توجه به اين نكات متغييرهاي بهينه فرآيندي(Q_g=0.3605 l/s N=226.61 RPMو ) مي باشند. فرايند افزايش مقياس براي افزايش 8 برابري حجم با ثابت درنظرگرفتن عدد توان مصرفي، عدد رينولدز و عدد جريان (Re=71000 , N_P=9.125)انجام گرديد. بهبود كيفيت اختلاط به‌واسطه افزايش مقياس در سيستم تغييري بود كه مشاهده شد. سيستم از نظر حرارتي مورد بررسي قرار گرفت. با مشاهده فراهم بودن امكان انجام واكنش در سرتاسر سيستم مقدار146.2kW/m3 به عنوان ترم چشمه حرارتي در سيستم اعمال گرديد. نتايج مشخص نمود به‌واسطه همگني سيستم از نظرهيدروديناميكي، از حيث حرارتي نيز همگن است. دو مكانيزم ژاكت و مبدل حرارتي براي تخليه حرارت از سيستم استفاده گرديد. شبيه‌سازي نشان داد ژاكت و مبدل حرارتي دماي سيستم را در 365.47K و338.8 K تثبيت كرده اند. باتوجه‌به دماي عملياتي مورد نظر(343.15 K) مكانيزم مبدل حرارتي براي كنترل و دفع حرارت اضافي سيستم به دليل تثبيت و كنترل دما در محدوده مورد نظر مناسب تر است.رابطه اي براي پيش‌بيني عدد ناسلت با استفاده از اعداد بدون بعد در نزديكي ديواره براي مكانيزم ژاكت و مبدل حرارتي با خطاي زير10% ارائه گرديد.

209348

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر سيد حسن هاشم ابادي