وبلاگ

بحران انرژی موجود در جهان، منجر به تحقیقات وسیعی در مورد استفاده از روش های جداسازی قابل رقابت با فرایند تقطیر (كه باعث مصرف مقدار زیادی انرژی می گردد) شده است. بدین لحاظ استخراج مایع – مایع، اكنون به عنوان یک فرایند جداسازی مهم در آمده است، كه موارد استفاده از آن در صنایع پتروشیمی و هسته ای و حتی ساخت آنتی بیوتیک ها گسترش یافته است.
استخراج مایع – مایع یكی ازعملیات واحد صنعتی مهم است كه برای آن انواع تجهیزات طراحی شده اند مانند: همزننده ته نشین كننده ها (Mixer – settlers،) ستون های آکنده(packed column)، ستون های همزده (agitated column)، ستون های پاشنده (spray column)، ستونهای سینی دار (perforated tray column) و غیره. در كلیه این تجهیزات انتقال جرم از طریق پراكندن یک فاز مایع در دیگری انجام می گیرد كه مایع اول «فاز پراکنده یا فاز قطره» و مایع دوم «فاز پیوسته» نامیده می شود.

عوامل اصلی كه طراحی چنین تجهیزاتی را تحت تأثیر قرار می دهند مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته و با رشد استفاده از این تجهیزات، نیاز به روش های طراحی واقعی تر و دقیق تر، احساس می شود. روش های تجربی طراحی كه در سالیان گذشته مورد استفاده قرار می گرفتند، بتدریج توسط روش های علمی جایگزین شدند كه در آن تخمین ستونهای انتقال جرم و ظرفیت تجهیزات از معادلات بنیادی و اطلاعات كاربردی موجود درمراجع انجام می پذیرد، زیرا بدست آوردن داده های تجربی در پایلوت پلنت ها (pilot plants) پرهزینه و استفاده از آنها در مرحله بزرگنمایی (scale up) نامطمئن است.

شدت انتقال در هر فرایند انتقالی به سه عامل بستگی دارد: سطح تماس، نیروی محركه و ضریب انتقال. گاهی تعیین این عوامل به سهولت انجام می پذیرد، نظیر انتقال حرارت، ولی در محاسبه شدت انتقال جرم روابط ساده ای جهت تعیین این عوامل وجود ندارد، زیرا این شدت نه تنها به نفوذ بلكه به روابط هیدرودینامیكی مربوط است. تعیین ضرایب كلی انتقال جرم جهت طراحی تجهیزات استخراج نیاز به اطلاعاتی در مورد ضرایب انتقال جرم فازهای پراكنده و پیوسته دارد. در چند دهه اخیر، در این زمینه تحقیقات تجربی و تئوری بسیاری صورت پذیرفته است. ولی پیش بینی ضرایب انتقال جرم قطرات در دستگاه های استخراج هنوز با عدم اطمینان مواجه است، دلیل این نیز وجود ضمائم داخلی دستگاه نظیر بفل ها (baffles)، آكنه ها یا سیستم همزن است. این ضمائم موجب به هم پیوستن و یا شكستن قطرات شده و یا ایجاد حركت چرخشی و نامنظم داخل سیستم می كند. حتی در غیاب چنین عوامل پیچیده ای، در حال حاضر فقط می توان حدود تقریبی بالا و پایین ضرایب انتقال جرم را پیش بینی نمود كه اختلاف این دو مقدار با یكدیگر حتی ممكن است تا حدود 10 برابر باشد.
به منظور پرهیز از مشكلات برهم كنش قطرات، در بسیاری از مطالعات بنیادی انتقال جرم، سعی شده است كه شكل ساده هیدرودینامیكی را به كار برده و با بهره گرفتن از تجهیزات آزمایشگاهی متغیرهای اصلی كنترل كننده را مشخص نمایند و به همین علت از سیستم های با قطرات منفرد استفاده می شود.
به نظر می رسد كه موضوع انتقال جرم در مورد قطرات با شكل تقریباً كروی و فاقد نوسان و آشفتگی های سطحی كاملاً درك شده باشد ولی بطور كلی فرایند انتقال جرم در مورد یک قطره در حال حركت به عنو ان پدیده ای پیچیده شناخته شده و علت آن وجود عواملی  نظیر جدایی لایه مرزی، تشكیل و جدایی چرخانه ها و انتقال جرم واقع شده در آنها، چرخش داخلی قطرات از حالت چرخش كاملاً توسعه یافته تا حالت بدون چرخش می باشد. علاوه بر همه این عوامل، مشكلات ناشی از اثر ات سطحی نظیر نوسانات میكروماكرو در سطح قطره و ناپایداری آنها به علت حركت جابجایی و نیز حضور عوامل فعال سطحی (surface active agents) که باعث تغییرات عمده ای در انتقال جرم قطره می شوند را می توان افزود.
در فرایند انتقال جرم یک قطره، حداقل سه مرحله مهم وجود دارند كه عبارتند از:
1- مرحله تشكیل قطره در فاز پیوسته.
2- مرحله صعود یا سقوط آزاد قطره از میان فاز پیوسته.
3- مرحله پیوند قطرات در انتهای مرحله صعود یا سقوط آزاد.
هر یک از مراحل فوق در تجهیزات استخراج خاصی حائز اهمیت می باشند به عنوان مثال مرحله دوم در ستونهای پاشنده از سایر مراحل مهمتر است و در یک ستون سینی دار مراحل اول و سوم نسبت به مرحله دوم از اهمیت بیشتری برخوردارند. به منظور ساده سازی مسئله، عموما تلاش می كنند كه انتقال جرم صعود یا سقوط آزاد را از اثرات مرزی دو مرحله دیگر تفكیک نمایند.
از آنجا كه سطح انتقال جرم و ضریب آن در فرایند انتقال جرم به شدت وابسته به اندازه قطره می باشد، در این تحقیق ضمن مطالعه مراحل مختلف انتقال جرم درون قطره و بررسی چند مدل جدید، پیش بینی مدلهای Handlos&Baron و Pfennig&Henschke بررسی خواهد شد و با توجه به نتایج كسب شده در ارتباط با غیر واقعی بودن مدل Handlos & Baron و كم بودن دقت مدل Pfennig & Henschke، مدل جدیدی بر اساس تصحیح مدل Pfennig & Henschke ارائه شده و نتایج آن با نتایج تجربی مقایسه خواهند شد.