بخش عمده ای از واحدهای علمیاتی انتقال جرم مربوط به تماس دو فاز غیر قابل امتزاج گاز – مایع می باشد. مهمترین واحدهای عملیاتی گاز- مایع عبارتند از تقطیر، جذب، رطوبت زنی و رطوبت گیری. واحدهای عملیاتی فوق الذکر می توانند توأم با انتقال جرم و حرارت باشند. از طرفی در بعضی گرادیان غلظت و نفوذ در هر دو فاز قرار می گیرد و حداقل یک جزء در دو فاز نفوذ می کند( مانند جذب جزء خاص از مخلوط گازی توسط حلال مایع) و در بعضی انتقال جرم در هر دو فاز صورت می گیرد و کلیه اجزاء در هر دو فاز نفوذ می کنند.( مانند تقطیر) . لذا پیچیدگی واحدهای فوق از تقطیر تا رطوبت گیری کاهش می یابد.
دستگاههای مختلفی برای تماس هر چه بهتر و انتقال جرم با راندمان بالاتر برای سیستم گاز – مایع استفاده شده اند. از جمله این دستگاهها می توان ظروف مجهز به توزیع کننده گاز (Sparger) ظوف مجهز به بهم زن مکانیکی ، شوینده های ونتوری، ستونهای دیواره مرطوب، ستونهای پاشنده، ستونهای سینی دار و ستونهای پر شده را نام برد. در بسیاری از این دستگاهها به منظور بالا بردن سطح تماس بین دو فاز، یکی از فازهاره صورت حبابهای گازی در فاز مایع در تماس با فاز مداوم دیگر قرار می گیرد( مانند پراکندگی گاز به صورت حبابهای گازی در فاز مایع درون ظرف مجهز به بهم زن یا پراکندگی فاز مایع در فاز گاز در ستون پاشنده و یا ایجاد فیلم مایع در ستونهای دیواره مرطوب یا برجهای پر شده). سطح تماس و نحوه پراکندگی یک فاز دیگر (فاز مداوم) از پارامترهای مهم در طراحی هستند.
در این بخش اشاره مختصری به بعضی از پارامترهای هیدرودینامیکی در دستگاههای مجهز به توزیع کننده گاز و دستگاههای مجهز به بهم زن مکانیکی خواهد شد . البته مطالب جامع تر در این خصوص در کتب مربوطه در مکانیک سیالات وجود دارد . نگاهی گذرا به شوینده های ونتوری و ستونهای پاشنده و ستونهای دیوراه مرطوب خواهیم داشت و بیشتر به طراحی هیدرولیکی ستونهای سینی دار و ستونهای پر شده می پردازیم که بسیار با اهمیت هستند و موارد استفاده فوق العاده زیادی دارند. توضیح دستگاهها بر اساس پراکندگی گاز در مایع( دستگاههای مجهز به sparger- دستگاههای مجهز به هم زن مکانیکی – ستونهای سینی دار) و نیز پراکندگی مایع در گاز به صورت قطره یا به صورت فیلم مایع( شوینده های ونتوری، ستونهای پاشنده، ستونهای دیوراه مرطوب و ستونهای پر شده ) خواهد بود.
انواع تجهیزات:
برج های سینی دار
برج های سینی دار، استوانه های قطوری هستند که در داخل آنها تعدادی سینی به فاصله های معینی از یکدیگر نصب شده اند . وجود سینی ها به منظور ایجاد تماس بهتر بین فاز گاز و فاز مایع است . فاز مایع معمولاً از بالای برج وارد شده و تحت اثر نیروی ثقل به سمت پایین جریان می یابد. اگر جهت جریان ها متقابل باشد ، فاز گاز از پایین برج وارد شده و در ضمن عبور به سمت بالای برج با فاز مایع در تماس قرار می گیرد.
1- آرایش داخل برج های سینی دار
شکل 5-6 ساختمان یک برح سینی دار را نشان میدهد . دیده می شود که مایع ورودی به داخل برج پس از عبور از روی سینی وارد ناودانی می شود که از آنجا به سینی پایین تر هدایت می شود و دوباره پس از عبور از روی سینی از طریق ناودان بعدی به سینی بعدی منتقل می شود و حرکت مایع به همین ترتیب به سمت پایین برج ادامه می یابد . گاز ورودی از پایین برج از سوراخ های هر سینی عبور می کند. چون در روی سینی لایه ای از مایع در حال حرکت است از این رو ، سوراخ های تعبیه شده در هرسینی همچون نازل باعث می شوند که گاز در درون مایع جاری روی هر سینی، پراکنده شده و به صورت حبابهایی درآیند تا سطح تماس گاز و مایع افزایش یابد. حبابهای آغشته به مایع سپس سینی مربوطه را ترک کرده . به طرف سینی بالاتر می روندو این ترتیب ادامه می یابد تا در نهایت گاز تصفیه شده از بالای برج خارج می شود. دیده می شود که جریان گاز مایع در روی هر سینی عملاً به صورت جریان متقاطع است ولی با توجه به حرکت افقی در روی هر سینی ، به طور کلی می توان یک برج سینی دار را به صورت مجموعه مراحل با جریان متقابل در نظر گرفت.
در بهترین صورت، انتظار می رود که هر سینی به صورت یک مرحله ایده آل عمل کند. در معماری داخل برج و نیز ساخت سینی ها، همه تمهیدات لازم را به کار می گیرند تا عملکرد هر سینی هر چه ممکن است به حالت ایده آل نزدیکتر شود. به همین خاطر است که در طی سالهای گذشته ، انواع مختلف سینی، از نظر شکل، نوع، اندازه و تعداد منافذ مطرح شده اند که بعضی از آنها بسیار مقبول افتاده اند و در نتیجه کاربرد بیشتری پیدا کرده اندو اطلاعات زیادی در مورد مشخصات فنی آنها در مراجع علمی (1و2) موجود است.
ظروف مجهز به توزیع کننده گاز:
ظروف مجهز به sparer ها برای سیستم های گاز- مایع بدون واکنش شیمیایی و یا به همراه واکنش شیمیایی استفاده شده اند sparer ها (توزیع کننده حبابهای ) وسایلی هستند که با استفاده از آنها می توان حبابهای گازی را در یک سیال مایع ( فاز مداوم) ایجاد نمود. گاهی این توزیع کننده ها از لوله های ساده تشکیل شده اند( برای ظوف با قطر کمتر از 3/0 متر) و گاهی توزیع کننده هایی طراحی شده اند( معمولاً در ظروف با قطر بزرگتر) که از سوراخهای تعبیه شده در توزیع کننده، حبابهای گازی ایجاد می شود . قطر سوراخها معمولاً 3-5/1 میلیمتر و فاصله سه برابر قطر حباب تولیدی توصیه شده است . توزیع کننده های گاز خود نقش بهم زننده و ایجاد تلاطم درون طرف را نیز دارند.
شامل 54 اسلاید powerpoint
دانلود پاورپوینت آشنایی با تجهیزات تبادل جرم بین 2 فاز