دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی

عنوان:

طراحی و شبیه سازی مخلوط کن های استاتیکی و تدوین الگوریتم به کارگیری آنها در مبدل های حرارتی

چکیده

مبدل های پوسته لوله ای پرکاربرد ترین نوع مبدل ها در صنایع می باشند. این مبدل ها اگرچه دارای معایب و اشکالاتی هستند اما به دلیل مزایایی که فراهم می کنند همچنان در بسیاری از شرایط انتخاب اول می باشند. لذا با توجه به وسعت کاربرد این مبدل ها محققین تلاش های فراوانی در جهت توسعه کارایی آنها انجام داده اند. در این رابطه از حدود دهه 60 میلادی تاکنون مطالعات و تحقیقات فراوانی به منظور پیدا کردن تکنیک هایی برای بالا بردن راندمان حرارتی و برطرف کردن مشکلاتی نظیر جرم گرفتگی و… انجام شده است.

در این تحقیق برای بالا بردن راندمان حرارتی درون لوله های مبدل از نصب مخلوط کن های استاتیکی بهره گرفته ایم و با جمع آوری معادلات عملکرد حرارتی و هیدرولیکی برخی از محققین و مقایسه آنها با نتایج تجربی، رابطه ارائه شده توسط Ishikawa-Kamiya توصیه می گردد. همچنین شبیه سازی مخلوط کن های استاتیکی به وسیله محاسبات دینامیکی سیالات در مورد افت فشار، تطابق خوبی را با نتایج معادله مذکور نشان داد. در ادامه با معرفی الگوریتم طراحی سریع مبدل های پوسته لوله ای، تاثیر به کار گیری این وسایل در لوله های مبدل مورد بررسی قرار گرفت و ملاحظه شد که در رژیم جریان آرام، هزینه ساخت مبدل در افت فشارهای پایین بیشتر است.

فصل اول: معرفی مخلوط کن های استاتیکی

مقدمه:

عملیات اختلاط در اکثر فرایندهای شیمیایی از جمله اولین و مهمترین بخش های فرایند است. در طول سالیان گذشته همواره تانک های اختلاط وظیفه ایجاد مخلوط کن های مورد نظر را در فرایندهای پیوسته و ناپیوسته به عهده داشتند. اما در طی 35 سال گذشته فن آوری استفاده از همزن های ساکن در فرایندهای صنایع شیمیایی به تکامل رسیده است. این نوع همزن ها علاوه بر اختلاط، سبب افزایش انتقال جرم و حرارت گشته و در بسیاری از مبدل ها به منظور افزایش راندمان حرارتی نصب می گردند. این تجهیزات به علت هزینه پایین، نگهداری آسان و اشغال فضای کم در واحد طرفداران زیادی به دست آوردند.

همزن های ساکن به سرعت در صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع معدنی، رنگ و رزین، پالایشگاه و پتروشیمی، صنایع دارویی پلاستیک و پلیمر کاغذ و صنایع سلولزی و همچنین صنایع آب و تصفیه فاضلاب جای خود را باز کردند. همزن های ساکن برای مخلوط کردن مایعات قابل امتزاج در جریان های آرام، گذرا و آشفته استفاده می شوند. همچنین در جریان های آرام و آشفته باعث همگن شدن مخلوط و نیز به عنوان راکتورهای لوله ای و نیز برای ایجاد پراکندگی یکنواخت در جریان فازهای غیرقابل امتزاج و همچنین برای افزایش انتقال جرم و انتقال حرارت به کار می روند. از جمله کاربردهای دیگر این همزن ها ایجاد اختلاط برای جامدات خالص در جامدات و مایعات و اختلاط گازها در مایعات می باشند.

می توان یک لوله خالی (لوله باز) را به عنوان یک همزن ساکن در نظر گرفت که دو جریان مختلف با عبور در طول لوله آن به اختلاط می رسند. البته اثرات این اختلاط به خصوص در جریان آرام بسیار کم می باشد. حال در نظر بگیرید اگر در طول مسیر حرکت سیالات درون لوله موانعی ایجاد شود که باعث حرکت دو جریان در جهات مختلف باشد به طوری که جریانات متفاوت اجبارا از درون یکدیگر عبور کنند حاصل یک مخلوط خواهد بود که میزان اثرات اختلاط از قبیل همگن بودن مخلوط انتقال جرم و حرارت و… به نوع و طراحی موانع موجود در مسیر بستگی خواهد داشت.

مکانیسم اختلاط در مخلوط کن های استاتیکی

مخلوط کن استاتیکی عبارت است از لوله ای قطور که درون آن موانع ثابت قرار داده شده است. پمپ کردن مواد اولیه به درون چنین سیستمی باعث می شود مواد اولیه در اثر برخورد با موانع ثابت و ایجاد تلاطم در یکدیگر مخلوط شوند به نحوی که در خروجی لوله مخلوط یکنواختی به دست آید. شبیه سازی چگونگی اختلاط مواد اولیه بسیار پیچیده هستند و با توجه به وجود متغیرهای گوناگون مدل کردن آن به راحتی امکان پذیر نمی باشد. آنچه در چنین سیستمی اهمیت دارد خروج مواد از انتهای لوله به صورت یکنواخت است. لذا با توجه به نمونه خاص مواد اولیه ورودی و شرایظ خروجی از ساختار خاصی استفاده می شود.

پارامترهای اساسی که در تعیین ساختار مناسب سیستم تختلاط استاتیکی معمولا مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: طول لوله قطر لوله، چگونگی نصب موانع و اجزای استاتیکی درون لوله، جنس موانع و اجزا، قدرت پمپ و کیفیت مطلوب و یکنواخت در خروجی مخلوط کننده استاتیکی.

با در نظر گرفتن پارامترهای فوق و استفاده از روش حدس و خطا ساختاری که با در نظر گرفتن شرایط اقتصادی و کیفیت محصول مخلوط شده خروجی بهترین حالت است انتخاب می شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.