بخشی از مقاله
چکیده:
راکتور هم زده گاز مایع به طور گسترده در انواع فرایندهای صنعتی استفاده می شود. اختلاط واکنش دهنده ها درون راکتور، یکی از مهمترین پارامترهایی به شمار می رود که تاثیر مستقیمی بر بازده فرایند دارد. در این پژوهش مدل محاسباتی برای شبیه سازی جریان دو فازی گاز- مایع با بکارگیری دیدگاه اولری- اولری توسعه داده شده است. در این مدل محاسباتی، جهت شبیه سازی اثرات چرخش همزن بر مشخصه های هیدرودینامیک جریان دو فاز از دیدگاه MRF استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی CFD نشان می دهد در نزدیکی همزن راکتور جریانهای شعاعی غالب می باشد اما در نواحی دور از همزن جریانهای محوری نیز در راکتور ملاحظه می شود. بطوریکه وجود جریانهای محوری و شعاعی در راکتور با توجه به طراحی مناسب همزن ها و بافل ها باعث اختلاط بیشتر و برخورد موثر دو فاز می شود که در نتیجه منجر به افزایش راندمان و کارکرد راکتور می شود. همچنین در این تحقیق، توزیع کسر حجمی در درون راکتور، تشکیل حباب های ریز و پراکنش یکنواخت حباب ها بررسی شده است که نتایج حاصل مطابق نتایج تجربی می باشد.
کلمات کلیدی: شبیه سازی CFD، اختلاط، راکتور همزن دار، جریان دو فازی، جذب زیستی.
-1 مقدمه
تمام موجودات زنده در غلظت های کم به فلزات سنگین نیاز دارند، اما فلزات سنگین در غلظت بالا سمی هستند و می توانند سرطانزا باشند .[1] امروزه بهداشت محیط زیست با افزایش فلزات سنگین تهدید می شود، بنابراین در سال های اخیر حذف فلزات سنگین، مسئله ای اجتناب ناپذیر می باشد .[2] جذب بیولوژیک یک روش امیدبخش است که از دهه گذشته مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که جذب مس، نیکل و کبالت توسط جلبک قهوه قادر به از بین بردن بیش از %80 فلزات سنگین از محلول های آبی هستند .[3] بررسی جذب کروم - VI - توسط جلبک قهوه ای سارگاسوم بصورت خشک و کربن فعال نشان داد که جلبک قهوه ای خشک نسبت به کربن فعال آن موثرتر است .[4] همچنین، Kleinübing و همکارانش [5] توانایی جذب نیکل و مس توسط جلبک دریایی سارگاسوم گونه ی filipendula را در یک سیستم پویا تایید کردند.
فرآیند جذب توسط پارامترهای مختلفی کنترل می شود بطوریکه پهلوانزاده و همکارانش[6] در جذب نیکل توسط گونه های مختلف جلبک قهوه ای اعلام کرده اند مهم ترین پارامترهای فرایند جذب بیولوژیک pH، دما و غلظت اولیه می باشند. برخورد موثر بین جاذب و یون های فلزی در انتقال جرم موثر است، از این رو جریان متلاطم و سطح ویژه بالای جاذب برای افزایش تعداد برخوردها و نتیجتاً افزایش انتقال جرم اثربخش است. در پژوهش قبلی [7] پساب حاوی کبالت توسط نانوزیست جاذب جلبک قهوه ای Sargassum glaucescens مورد تصفیه قرار گرفت، به منظور بررسی نحوه اختلاط و افزایش آن، در این پژوهش راکتور همزن دار مجهز به چهار بافل طراحی و ساخته شد. در شکل - 1 - شماتیک فرایند شامل راکتور همزن دار نشان داده شده است.
راکتور هم زده گاز مایع به طور گسترده ای در انواع کاربردهای صنعتی مانند اکسیداسیون و تخمیر هوازی مورد استفاده قرار میگیرد. عملکرد کلی یک راکتور همزندار گاز مایع به سه پارامتر کلیدی؛ مقیاس مخزن، شکل و ابعاد پروانه ودبی حجمی جریان گاز وابسته است. این پارامترها به نوبه ی خود بر رژیم جریان گاز، انباشتگی گاز، ضرایب انتقال جرم ومشخصه های اختلاط تاثیر گذار و کنترل کننده هستند .[8] در این پژوهش پدیده اختلاط درون راکتور جذب با استفاده از تکنیک CFD شبیه سازی شده است. علاوه بر این کارایی این راکتور برای فرایندهای جذب با میکروارگانیسم های زنده در حالت دو فازی مایع-گاز مورد بررسی قرار گرفته شده است.
-2 مدل فیزیکی مسئله
در این پژوهش هندسه ی راکتور همزن دار مطابق با شکل - 2 - ، با استفاده از Gambit 2.4 طراحی شد. در بررسی سیستم دو فازی، دیفیوزرهایی در موقعیت تحتانی بافل ها در نظر گرفته شد؛ که هر کدام شامل سه سوراخ به قطر 2 میلی متر بود، همچنین جهت خروج هوا؛ دهانه ای با قطر 10 میلی متر در بالاترین ارتفاع راکتور طراحی شد. استقلال شبکه در این دو راکتور بر اساس Tet/Hybrid و نوع TGrid با تعداد 2327590 و 589114 سلول محاسباتی بررسی شد. در شبکه بندی هندسه در فضای دور از دیواره همزن و بافل، جهت کاهش زمان محاسبات، شبکه بندی درشت تر انتخاب شد.
