بررسي هيدروديناميك و انتقال جرم در فرآيند استخراج مايع- مايع در ميكروكانال با حضور ميدان مغناطيسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

استفاده از ميدان‌هاي مغناطيسي براي تقويت انتقال جرم حين جريان لخته اي مايع-مايع در ميكروكانال‌ها يكي از روش‌هاي كارآمد در سيستم‌هاي ميكروسيالي است. اين روش پتانسيل قابل توجهي در زمينه‌هايي همچون مهندسي شيمي، مهندسي پزشكي و شيمي تجزيه دارد. براي اثرگذاري موثر بر جريان دو فازي در ميكروكانال ها، از فروسيال با غلظت مشخص در يكي از فازها استفاده مي‌گردد. رفتار فروسيال نسبت به حضور ميدان مغناطيسي بسيار حساس بوده به نحوي كه فروسيال خالص، تغيير شكل هاي بسيار شديد در حضور ميدان مغناطيسي از خود نشان مي‌دهد. مرور مطالعات پيشين نشان دهنده اين امر است كه چگونگي تاثيرپذيري طول لخته ها، سطح بين فازي مخصوص، و در نهايت ضريب كلي انتقال جرم از پارامترهاي كليدي همچون محل و چگالي شار ميدان مغناطيسي نسبت به ميكروكانال، هنوز روشن نيست. در اين پژوهش، اثر پارامترهاي ذكر شده در دبي حجمي كل و نسبت دبي متفاوت از فازها بر روي هيدروديناميك و انتقال جرم در ميكروكانال مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور از يك ميكروكانال صليبي شكل شيشه اي با سطح مقطع مربعي به اندازه µm 400 استفاده گرديد. فاز آبي (پيوسته) محلول سديم هيدروكسيد M 005/0 و فاز آلي (پراكنده)، روغن معدني حاوي v/v 2%/0، v/v 5%/0 و v/v 8%/0 فروسيال به علاوه M 002/0 فنوليك اسيد (جزء منتقل شونده به فاز آبي) بود. براي ايجاد ميدان مغناطيسي از آهنرباي نئوديميومي در فواصل مختلف از ميكروكانال و در يك سمت ميكروكانال (آرايش يكنواخت) يا دو سمت ميكروكانال (آرايش غيريكنواخت) استفاده گرديد. در مجموع 264 آزمايش انجام گرديده است. نتايج نشان مي دهد افزايش غلظت فروسيال در فاز آلي در غياب ميدان مغناطيسي، منجر به كاهش طول لخته‌هاي هر دو فاز شده است. ولي با اعمال ميدان‌ مغناطيسي، افزايش در طول لخته‌هاي آبي و آلي نسبت به سيستم بدون حضور فروسيال، مشاهده گرديد. افزايش طول لخته‌هاي هر دو فاز به نحوي بوده كه سطح بين فازي مخصوص تغيير ناچيزي از خود نشان داد. با اعمال ميدان مغناطيسي در حضور فروسيال، ضريب كلي انتقال جرم نسبت به حالت بدون ميدان مغناطيسي، بهبود داشته است كه بيشترين بهبود در غلظت %5/0 فروسيال مشاهده گرديد. به نحوي كه ضريب كلي انتقال جرم در اين غلظت به طور متوسط %61 بهبود يافته است. اثر بهبود دهنده ضريب كلي انتقال جرم ناشي از ميدان مغناطيسي در دبي هاي بالاتر جريان، خفيف تر شده است. از طرفي، با مقايسه نتايج حاصل از اعمال ميدان مغناطيسي با آرايش يكنواخت و غير يكنواخت مشخص گرديد كه به طور متوسط براي نسبت دبي‌ فاز آبي به آلي برابر با 5/0، 1 و 2، ميدان مغناطيسي غير يكنواخت توانسته ضريب كلي-حجمي انتقال جرم را به ترتيب 22، 84/24 و 95/41 درصد بيش از ميدان مغناطيسي يكنواخت بهبود بخشد. به طور كلي، نتايج پژوهش حاضر نشان مي‌دهد ميزان اثرگذاري ميدان مغناطيسي بر هيدروديناميك و انتقال جرم ميكروكانال ها به طور قابل توجه متاثر از غلظت فروسيال، دبي جريان، نسبت دبي فازها، و آرايش اعمال ميدان مغناطيسي است. لذا نتايج اين مطالعه مي‌تواند در فهم اين نوع تجهيزات و رسيدن به يك طراحي مناسب و بهينه براي آن ها ياري‌گر باشد.

233265

فرايندهاي جداسازي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان