مقاله جريانهاي برخورد كننده با word

مقاله جريانهاي برخورد كننده با word دارای 41 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله جريانهاي برخورد كننده با word کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت مشاهده بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي مقاله جريانهاي برخورد كننده با word،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله جريانهاي برخورد كننده با word :

جریانهای برخورد كننده

به نام خدا
1-1- جریانهای برخورد كننده
بسیاری از عملیات مهندسی كه در بین دو فاز امتزاج ناپذیر انجام می شود بوسیله انتقال جرم یا انتقال حرارت كنترل می شوند، بنابراین همواره كوشش می شود كه تا حد امكان چنین مقاومتهایی را كاهش داد.

اصولاً فرایندهای انتقال حرارت یا جرم در سیستم، گاز-جامد، گاز-مایع، مایع-مایع و جامد-مایع عموماً ممكن است با سه مقاومت سری در نظر گرفتهشوند، كه با فرض یك سیستم قطره مایع-گاز به عنوان حالت مبنا، ممكن است برحسب خواص سیستم مقاومت های زیر مؤثر باشند، مقاومت خارجی مقاومت سطح ، مقاومت داخلی .
مقاومت داخلی را ممكن است با كاهش اندازه ذره فار پیوسته كاهش داد، اگر این كار امكان پذیر نباشد باید زمان اقامت ذره را در داخل سیستم افزایش داد. كاهش مقاومت خارجی ممكن است از طریق روشهای زیر میسر گردد.

a- افزایش سرعت نسبی بین ذرات و فاز پیوسته كه با افزایش اصطكاك بین فازها نیز مرتبط است
b- كاهش ابعاد ذرات كه باعث كاهش ضخامت زیر لایه آرام كه كنار سطح تشكیل می شود، می گردد. كاهش ابعاد ذرات باعث افزایش ضرایب انتقال میگردند.
c- توزیع یكنواخت فاز پراكنده درون فاز پیوسته.

d- اعمال تأثیرات دیگر روی ذرات، مثل نیروهای اینرسی و سانتریفوژی
مقاومت سطح با حذف ناخالصی ها ممكن است به دست آید.
در دهه 60 میلادی روش بسیار ویژه ای بعنوان جریانهای برخورد كننده (IS) توسط [1]Elperin مطرح شد كه روش بسیار مؤثری برای فرایندهای انتقال جرم و حرارت محسوب می گردد. انتظار می رود كه این سیستم ها بصورت گسترده ای مورد استفاده قرار بگیرند.

این سیستم می تواند برای سیستم های دو فازی مایع-گاز-جامد بكار برود. در این روش دو جریان در خلاف جهت هم روی یك محور به یكدیگر برخورد میكنند. برای یك جریان نمونه گاز-جامد همانطور كه در شكل 1-1 دیده میشود دو جریان در وسط (ناحیه برخورد) به شدت به هم برخورد می كنند، بدلیل برخورد بین جریانهای مخالف، یك ناحیه نسبتاً باریكی با تلاطم شدید ایجاد می شود، كه شرایط بسیار مطلوبی را برای افزایش سرعت انتقال جرم و حرارت بوجود میآورد. علاوه بر این در این ناحیه غلظت (تراكم) ذرات بیشترین مقدار است [2]، و بصورت یكنواخت تا نقطه تزریق كاهش می یابد، این تكنیك در سیستم های گاز-مایع، مایع-مایع و جامد-مایع نیز بكار می رود. با توجه به شكل 1-1 جریان مخالف باعث ورود ذرات به داخل فاز پیوسته مقابل به علت وجود نیروی اینرسی میشود. بعلت نیروی درگ سرعت ذرهها در فاز مخالف كاهش پیدا می كند و در نهایت همراه فاز پیوسته بر میگردد و دوباره به ناحیه برخورد میرسد و این عمل تكرار میگردد.

بطور كلی سه حالت ممكن است برای ذرات در سیستم پیش بیاید.
اول ممكن است برخی ذرات بصورت رودررو با هم برخورد كنند و در نتیجه سرعت آنها صفر گردد و از سیستم بخاطر نیروی وزن خارج گردند. دوم اینكه گاهی این برخورد با زاویه صورت بگیرد كه باعث تغییر مسیر ذره شده و ذره را از سیستم خارج می كند. در حالت سوم ذره بدون برخورد وارد جریان فاز پیوسته مقابل می شود. با توجه به شكل 1-1 ذره در ابتدا هم سرعت فاز گاز میباشد و سرعت آن ug است وقتی كه ذره وارد فاز مقابل می شود سرعت نسبی فاز پیوسته و ذره برابر 2ug می باشد.
1-1 U=ug-(-ug)=2ug

بنابراین سرعت نسبی ذره در ابتدای ورود به فاز پیوسته مقابل بیشترین مقدار و برابر 2ug است، با حركت ذره به عمق فاز پیوسته مقابل به علت نیروی درگ رفته رفته از سرعت ذره كاسته می گردد و سرعت نسبی آن كم می شود.
1-2 U=Up-(-Ug)=Up+Ug

تا اینكه سرعت ذره صفر می گردد و سپس همراه فاز پیوسته بر می گردد و سرعت آن افزایش می یابد، اگرچه در سیستم به علت اتلاف های انرژی سرعت ذره رفته رفته كم می شود، و از سیستم خارج می شود ولی آمد و رفت های متوالی ذره در بین دو فاز باعث افزایش زمان اقامت در سیستم می شود تا اینكه ذره به علت اتلاف انرژی و یا حالت اول و دوم از سیستم خارج شود. بنابراین برای تعداد ذرات توزیعی از زمان اقامت در سیستم وجود خواهد داشت كه بصورت متوسط باعث بهبود عملیات انتقال در سیستم دو فازی میگردد.
1-2- مزایای جریانهای برخورد كننده

بطور كلی جریانهای برخورد كننده بعلت شرایط ویژه، سرعت نسبی بالای فازها، برخورد و نیروهای برخوردی، افزایش زمان اقامت و تلاطم شدید در ناحیه برخورد باعث بهبود و افزایش پدیده های انتقال در سیستم می شوند.

1- افزایش سرعت نسبی U بین فازها كه وارد جریان پیوسته فاز متقابل میشوند. كه نسبت به راكتورهای دیگر بسیار بیشتر می باشد.
2- بعلت حركت نوسانی در فاز پیوسته زمان اقامت ذرات در سیستم افزایش می یابد.
3- سطح مؤثر تماس برای انتقال جرم و حرارت برابر سطح واقعی ذرات است، این حالت در دستگاههای دیگر وجود ندارد زیرا سطح تماس مؤثر كمتر از سطح واقعی ذرات است.
4- جریان آشفته ایجاد شده در ناحیه برخورد باعث افزایش ضرایب انتقال حرارت و جرم می شود.

5- بعلت برخورد ذرات و نیروهای برشی در سیستم های گاز جامد باعث شكست ذرات می شود كه باعث كاهش اندازه ذرات و افزایش سطح آنها میگردد.
در سیستم های مایع –گاز یا مایع مایع مزیت های زیر دیده می شود.
1- تبدیل جریان مایع به قطرات ریز كه باعث افزایش سطح تماس می شود.
2- حركت نوسانی قطرات باعث افزایش زمان اقامت می شود.

3- در منطقه برخورد جریان آشفته ایجاد می شود و باعث اختلاط كامل و كاهش گرادیان دما و غلظت در فاز پیوسته می شود كه باعث افزایش انتقال بین دو فاز می شود. و نیز افزایش ضرایب انتقال را در پی دارد.
افزایش زمان اقامت ذرات در راكتور و حركت نوسانی به وسیله آزمایشات مختلف به اثبات می رسد.
تقسیم بندی و اشكال راكتورهای با جریانهای برخوردی

راكتورهای با جریان برخورد كننده با استفاده از اثرات جریانهای برخورد كننده برروی پدیده های انتقال برای سیستم های چند فازی مورد استفاده قرار می گیرند. تكنیك IS (Impinging Streams) به تكنیك استفاده از جریانهای برخورد كننده در فرآیندهای گاز-گاز، گاز-جامد، گاز-مایع، مایع-مایع و
مایع-جامد گفته می شود. راكتورهای برخوردی ممكن است به دلایل زیر فقط در ساختارشان متفاوت باشند.

1- خواص مواد تحت فرآیند، گرانول، خمیر، محلول ها و ;
2- پارامترهای انجام پروسس، دما، فشار و ;
3- ملزوماتی كه برای خواص محصول لازم است
4- مواد ساخت راكتور

راكتورهای با جریانهای برخوردكننده (ISR) بطور كلی به دو دسته تك مرحله ای و چند مرحله ای تقسیم می شوند. در راكتورهای تك مرحله ای جریان ها فقط یك بار با یكدیگر برخورد می كنند. در حالی كه راكتورهای چند مرحله ای از تعدادی راكتور تك مرحله ای ساخته شده اند كه جریانهای خروجی از هر راكتور وارد راكتور دیگر می شود. یك شمای كلی از هر یك از دو دسته از راكتورهای با جریانهای برخوردی در شكل 2-1 و 2-2 دیده می شود.

انواع مختلف راكتورهای تك مرحله ای با جریانهای برخوردی در شكل 2-3 مشاهده می شود كه برای سیستم های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
بطور متداول راكتورهای با جریانهای برخورد كننده (ISR) از اجزاء زیر تشكیل می شوند. تانك ذخیره خوراك؛ تغذیه كننده؛ دو لوله شتاب دهنده كه به بدنه راكتور متصل است؛ بدنه راكتور؛ خروج محصول و خروج فاز پیوسته؛ جداكننده؛ تانك ذخیره محصول

راكتورهای با جریانهای برخوردی (ISR) را بر مبنای تعداد جریانهای برخورد كننده، زاویه برخورد، شكل مجرای حاوی جریانها، مشخصات جریالن سیالها (برای مثال گردابه ای و غیر گردابه ای) و غیره، می توان به دسته ای بزرگ مختلفی تقسیم بندی كرد. تقسیم بندی بخشی از انواع این نوع راكتورها كه مورد بحث ثرار می گرد بوسیله Mujamdar , kudva ارایه گردیده است.

موارد مختلفی می تواند ملاك تقسیم بندی باشد
– جریان در فاز پیوسته (jet)
چرخش گردابه ای، موازی
– جریان سیال درون راكتور

مختلف الجهت و هم محور ، مختلف الجهت و غیر هم محور ، منحنی وار روی یك محور ، منحنی وار غیر هم محور
– حالت و تعداد واحد برخورد
حالت ثابت، حالت متحرك، چند منطقه ای (شكل 2-4)
شكل 2-1 راكتور برخوردی تك مرحله ای
شكل 2-2 راكتور برخوردی چند مرحله ای

در راكتورهای چند مرحله ای با جریانهای برخورد كننده علاوه بر اینكه نوع هر یك از راكتورهای موجود می تواند مبنای تقسیم بندی آنها قرار بگیرد نحوه آرایش جریانها نیز اساس تقسیم بندی قرار می گیرد، كه دو گونه جریان همسو و ناهمسو در شكل 2-2 مشاهده می گردد.
مسطح با جریان شعاعی، مسطح با جریان داره ای
– نحوه كار راكتور
خوراك پیوسته دو طرفه، خوراك پیوسته یك طرفه، نیمه پیوسته
شكل و سیستم خاص هر یك از انواع راكتورهای با جریانهای برخوردی آنها را برای كاربرد متفاوتی مناسب میكند.

2-1 انواع راكتورها با جریانهای برخوردی
2-1-1 راكتورهای سیكلونی با دو جریان برخورد كننده
TIS Cyclone Reactors

این راكتورها یكی از رایج ترین انواع راكتورهای برخورد كننده می باشند و در سیستمهای جامد – گاز و جامد – مایع كاربرد دارند. یك نمونه از این راكتورها در واكنش گاز-جامد در شكل 2-5 نشان داده شده است. راكتور از محفظهای حلقهای (منطقه شماره یك) كه درون یك استوانه قرار دارد، تشكیل شده است (همانند یك سیكلون). گاز از طریق دو لوله موازی ورودی به محفظه حلقهای وارد میشود. ذرات جامد از طریق خوراك رسان شماره 2، به درون جریان اصلی تزریق میشوند. هر دو جریان داخل لوله های اصلی دارای یك شدت میباشند. این دو جریان پس از ورود به محفظه حلقهای، به دلیل نیروی جانب مركز و اثر ماگنوس به طرف مركز راكتور منحرف می شوند و در نقطه 3 (منطقه برخوردی) با یكدیگر برخورد میكنند. سیال پس از برخورد و ذرات پس از طی حركت نوسانی خود به پایین میریزند. ذرات از طریق خروجی انتهای راكتور و سیال، اگر گاز باشد از طریق استوانه وسط (مانند شكل) و اگر مایع باشد، از طریق مجرای خروجی ذرات از راكتور خارج می شود.
شكل 2-5 راكتور سیكلونی با دو جریان برخورد كننده

از این راكتور در موارد زیر استفاده شده است. خشك كردن ذرات جامد []، اختلاط گاز-گاز و جامد-جامد[]، انحلال ذرات[] و احتراق گازها.[]
1-1-2 راكتورهای سیلكونی با دو جریان برخورد كننده همراه با خوراك اضافی سیال TIS Cyclone Reactors with additional Fluid Feed

این راكتورها مشابه با راكتورهای سیلكونی با دو جریان برخورد كننده و دارای دو منطقه برخورد می باشند (شكل 2-6). سیال و ذرات از طریق لولههای موازی واقع در بالای راكتور وارد شده و در منطقه برخوردی با یكدیگر برخورد كرده و به پایین می ریزند. در دو لوله پایینی، تنها جریان سیال وجود دارد كه با برخورد با ذرات، دومین منطقه برخوردی را به وجود میآورد. با استفاده از این راكتور بعلت وجود دو منطقهی برخوردی، زمان اقامت متوسط ذرات افزایش و عملیات اختلاط بهبود می یابد (نسبت به راكتورهای سیلكونی با دو جریان برخورد كننده و بدون خوراك اضافی سیال). از این راكتور نیز همانند راكتورهای قبلی در خشك كردن جامدات[] انحلال و ذرات جامد در این راكتور بررسی شده است.
شكل 2-6 راكتور سیلكونی با دو جریان برخورد كننده همراه با خوراك اضافی سیال

2-1-3 راكتورهای سیلكونی با چهار جریان برخورد كننده
FIS Cyclone Reactors
این نوع راكتور همانطور كه در شكل 2-7 مشاهده می شود از چهار جریان كه بصورت موازی و مماسی وارد آن می شوند، تشكیل می شود. در این راكتور چهار منطقه ی برخوردی (شماره های 3 و مناطق بین دو شماره 3 در شكل (2-7) بوجود می آید كه می تواند بطور همزمان چهار نوع جامد مختلف را با یكدیگر مخلوط كرد. از طرفی این راكتور در خشك كردن جامدات نیز كاربرد دارد.

شكل 2-7 راكتور سیكلونی با چهار جریان برخورد كننده
2-1-4 راكتورهای با دو جریان برخورد كننده هم محور
این دسته نیز در واكنشهای سیال – جامد بكار می روند. در این راكتورها دو جریان بصورت هم محور و ناهمسو از طریق لوله های شماره 2 (شكل 2-8) وارد می شوند. در ناحیه شماره 3 (منطقه برخوردی)، برخورد انجام شده و گاز از بالا و جامد و مایع از پایین خارج می شوند. در این نوع راكتورها اختلاط، انحلال و خشك كردن جامدات انجام شده است. []
شكل 2-8- دو نوع مختلف راكتور سیكلونی با دو جریان برخورد كننده هم محور

2-1-5 راكتورهای پاششی با دو جریان برخورد كننده
TIS Spray Reactors
این راكتورها نیز از نوع راكتورهای هم محور می باشند كه دو جریان بصورت همراستا و مختلف الجهت به سوی یكدیگر گسیل می شوند (شكل 2-9)، لذا دیگر برخورد جریانها با دیواره را مشاهده نمی كنیم. در این راكتورها با استفاده از نازلها، جریان مایع و گاز به درون راكتور پخش می شود و در منطقه برخوردی اختلاط بین دو جریان و همچنین قطعه قطعه شدن ذرات مایع مشاهده می شود. واكنشهای گاز-مایع و مایع-مایع در این راكتورها انجام میشود.
شكل 2-9 راكتور پاششی با دو جریان برخورد كننده
نازلها عامل اصلی در قطعه قطعه شدن قطرات و پخش مناسب مایع می باشند، لذا انتخاب نوع نازل در این راكتورها بسیار مهم می باشد.

2-1-5-1- نازلها
عمل نازل عبارت است از قطعه قطعه كردن و شتاب دادن توده سیال، كه ذرههای مایع بوسیله الگوهای جریان خاص كه بستگی به شكل نازل دارد بصورت اسپره در فضا پخش می شود.
یك افشانك یا ارفیس اگر مایع دارای آشفتگی كافی باشد، می تواند باعث قطعه قطعه شدن مایع می شود ولی نمی تواند به عنوان یك نازل بحساب بیاید زیرا دارای شكل اسپری مشخص و ویژه مانند یك نازل نخواهد بود.
سه نوع نازل برحسب منبع انرژی كه برای اسپره كردن بكار میبرند، وجود دارند.

فشاری ، سینماتیكی و سونیك.
(a نازل فشاری سانتیرفوژی (تك سیاله)
این نوع نازلها از انرژی فشاری جهت قطعه قطعه كردن توده سیال استفاده میكنند. با تبدیل انرژی فشاری به انرژی جنبشی درون لایه های توده سیال لایه ها در اثر خواص فیزیكی مایع و اثر اصطكاك بین محیطی كه تخلیه می شود توده مایع به قطعات مایع تبدیل می شود.
تبدیل انرژی در این نوع نازلها بطوری است كه باعث حالت چرخشی در مایع می شود كه باعث تبدیل انرژی بهتر می گردد. اساس كار و شكل نازلهای فشاری سانتریفوژی در شكل (2-10) دیده می شود.