بخشی از مقاله
چکیده :
در این پژوهش، انتقال جرم برای محلول آبی زانتان در یک برج حبابی با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته است . مدل هرشل- بالکلی 1برای تخمین رفتار رئولوژیکی مایع غیر نیوتنی در ستون حبابی به کار گرفته شده است . انتقال جرم اکسیژن از فاز گاز به مایع با تعیین ضریب انتقال جرم حجمی اکسیژن بر حسب سرعت گاز ورودی مشخص میشود. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی موجود در منابع مقایسه گردیده و تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی و تجربی مشاهده شده است.
-مقدمه
برج حبابی، یک مخزن استوانه ای است که دارای توزیع کننده گاز در پایین برج می باشد .[1] این برج ها تماس دهنده های گاز- دوغاب یا گاز- مایع هستند که درپتروشیمی، بیوشیمی و فرآیندهای متالوژی کاربرد زیادی دارند. به دلیل ظرفیت زیاد، بازدهی بالا، کارکرد مناسب، کنترل آسان و مشخصه های انتقال جرم و حرارت مناسب، استفاده از این برج ها رو به گسترش است. با پیشرفت تکنولوژی استفاده از مواد شیمیایی و غذایی در تخمیر کننده ها 2 رو به افزایش است .
یکی از این مواد، چسب زانتان3 است که کاربرد های زیادی از قبیل غلیظ کننده مواد غذایی و عامل جاذب آب برای افزایش بازیابی نفت خام دارد . وقتی زانتان در بیوراکتور تولید می شود، نرخ زیاد انرژی ورودی با حفظ نرخ انتقال اکسیژن زیاد به باکتری هوازی به خاطر ویسکوزیته زیاد و نرخ انتقال اکسیژن کم مورد نیاز است. دکور و شامپ و ایکن باخ 5و همکاران، انتقال اکسیژن در محلول های آبی زانتان در ستون حبابی را مورد مطالعه قرار داده اند و معادلات مربوطه را پیش بینی کرده اند.
سو6 وهمکاران، بهره وری بالاتر زانتان را در یک تخمیرکننده ستون حبابی در مقایسه با مخزن همزن دار بدست آوردند . علاوه بر این، سو و همکاران اختلاط مناسبی را برای غلظت بالای محلول آبی زانتان در بیوراکتور ستون حبابی تحت شرایط slug flow ایجاد نمودند. یانگ مو و کاواز7 رفتار جریان را در مایع دارای تنش تسلیم در ستون حبابی بر رسی کردند و یک مدل برای پیش بینی ماندگی گاز با فرض اینکه مایع از مدل بینگهام تبعیت می کند، بدست آوردند . ترازاکا8 و همکاران، معادله ای را برای پیش بینی ماندگی گاز در مایعات ویسکوز در حضور تنش تسلیم در ستون حبابی بدست آوردند.
دال9 و همکاران ، صعود پایدار حباب کروی از میان سیال تراکم ناپذیر و غیر نیوتنی Power law را به صورت عددی با استفاده از روش حجم محدود در رژیم جریان متقارن محوری دوبعدی بررسی کردند و رابطه ای را بر حسب رینولدز و - Power law Index - n، پیش بینی کردند که این رابطه قادر به پیش بینی ضریب دراگ کلی در محدوده می باشد. در این تحقیق، مدل Herschel - bulkley برای تخمین رفتار رئولوژیکی محلول آبی غیر نیوتنی زانتان با غلظت های مختلف در ستون حبابی با وجود تنش تسلیم به کار گرفته شده است : و با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی، ضریب انتقال جرم حجمی اکسیژن در فاز مایع ویسکوز غیرنیوتنی، مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی موجود در مقاله ترازاکا و همکاران، مورد مقایسه قرار گرفته است.
