بررسی آزمایشگاهی و مدل دینامیک سیالات محاسباتی سینی کلاهک مخروطی در مقیاس صنعتی
چکیده
توسعه کامل تکنیکی و صنعتی سینی های برج تقطیر باعث استفاده گسترده آن ها در وسایل جداکننده و در فن آوری های جداسازی شده است. با این حال، برای افزایش بازده و ظرفیت سینی ها پژوهش های زیادی در حال انجام است. استفاده از دیگر فرایند های جداسازی و اعمال نیرومحرکه های اضافی در سینی ها می تواند در بهبود عملکرد آن ها نقش بارزی داشته باشد. در پژوهش حاضر سینی جدیدی طراحی، ساخته و آزمایش شده است. این سینی جدید "سینی کلاهک مخروطی" نام گذاری شده است. این سینی در دسته سینی های کلاهکی می تواند قرار گیرد که از یک ساختار مخروطی استفاده می کند. این ساختار جدید باعث ایجاد گرادیان فشاری شده که نیروی محرکه جدیدی را به سینی اعمال کرده و عملکرد منحصر به فردی به این سینی می دهد. گرادیان فشار در مخروط نیروی محرکه ای ایجاد می کند که باعث ایجاد مکش و هم چنین ناپایداری فاز مایع و تغییر شکل سطح آن و در نهایت تشکیل رژیم افشانه ای برروی سینی می شود. آزمایش ها هیدرودینامیکی به همراه مدل سازی های دینامیک سیالاتی برای درک مناسب از عملکرد سینی انجام شده است. آزمایش ها مربوط به عملیات هیدرولیکی سامانه ی آب و هوا در فشار اتمسفری در یک برج سینی دار به قطر 22/1 متر انجام گرفت. هیدرودینامیک سینی کلاهک مخروطی در گستره ی وسیعی از دبی های مختلف گاز و مایع صورت پذیرفت. علاوه بر آن، این آزمایش ها برروی سینی دریچه ای نیز انجام گرفت. مقادیر افت فشار خشک، افت فشار کل، میزان ریزش و میزان ماندگی و سایر پارامتر های هیدرودینامیکی اندازه گیری شد. با استفاده از این نتایج، روابط تجربی برای افت فشار، میزان ریزش و ماندگی به وسیله ی برازش داده ها به دست آورده شد. هم چنین با استفاده از روابط تجربی موجود، سینی کلاهک مخروطی با سینی کلاهکی، مقایسه شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد، افت فشار سینی کلاهک مخروطی از سینی کلاهکی کمتر و در محدوده افت فشار سینی دریچه ای می باشد. میزان ریزش سینی کلاهک مخروطی از سینی دریچه ای به میزان قابل توجهی کمتر است. علاوه بر آن میزان ماندگی، از سینی دریچه ای بیشتر و از سینی کلاهکی کمتر می باشد. بنابراین ظرفیت سینی کلاهک مخروطی از سینی کلاهکی بیشتر خواهد بود. داشتن نسبت تغییر ظرفیت بسیار مناسب نیز از ویژگی های این نوع سینی است که بر خلاف سینی کلاهکی بدون داشتن افت فشار زیاد حاصل شده است. ارتفاع بند تنها برروی افت فشار اثر گذار بوده و برروی ماندگی و ریزش اثر قابل توجهی ندارد. بندی به ارتفاع 5/2 سانتی متر برای این سینی پیشنهاد گردیده است. برای بررسی بهتر این سینی، مدل دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی برای پیش بینی هیدرودینامیک سینی که در رژیم افشانه ای کار می کند، ارائه شده است. از نرم افزار تجاری برای شبیه سازی ها استفاده شده است. این مدل دو فازی آب و هوا در قالب یک کد شبه vof اجرا شده است. مدل اندازه گروه های چندگانه برای بررسی توزیع اندازه ی قطرات مایع و از مدل آشفتگی انتقال تنش برشی برای شبیه سازی ها استفاده شده است. میزان متوسط خطای نسبی مربوط به تخمین افت فشار برابر 15 درصد است.