توصيفگر ها :
ميكروكانال , جريان مايع-مايع , سطح بين فازي مخصوص , ضريب كلي حجمي انتقال جرم , ضريب كلي انتقال جرم
چكيده فارسي :
چكيده
پژوهش هاي پيشين روي جريان مايع-مايع در ميكروكانال ها عمدتاً بررسي اثر پارامترهاي عملياتي بر فرايند مذكور را مورد بررسي قرار داده اند. از طرفي، با بررسي مطالعات محدود انجام شده روي پارامترهاي هندسي مي توان فهميد ايجاد انقباض-انبساط در ميكروكانال مي تواند منجر به تاثير غير قابل اغماض بر هيدروديناميك جريان مايع-مايع گردد. هر چند مطالعه اي بر تاثير چنين تغيير شكلي در ميكروكانال، بر انتقال جرم دو فازي انجام نگرفته است. در اين پژوهش، هيدروديناميك و انتقال جرم جريان مايع-مايع در ميكروكانال هايي با شكل انقباضي 12 انبساطي، به صورت عددي مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين مطالعه، طول و عرض بخش هاي انبساطي تغيير داده شدكه در مجموع ميكرومتر متغيير 1200 تا 800 ميكرومتر و تغييرات عرض از 6000 تا 2000هندسه بررسي گرديد. طول هر بخش در يك ميكروكانال، در بازه ميلي ليتر بر ساعت براي دو فاز آلي ( محلول استيك اسيد در نرمال هگزان) و فاز آبي ( 25 و15 ،5 بوده اند. اين هندسه ها در سه دبي مختلف محلول سديم هيدروكسيد در آب) بررسي شدند. استيك اسيد از فاز آلي به فاز آبي منتقل شده و با سديم هيدروكسيد واكنش مي داد. مدل سازي عددي دو بعدي انجام شده و در هر شبيه سازي، سطح بين فازي مخصوص، ضريب كلي-حجمي انتقال جرم و ضريب كلي انتقال جرم ،5 مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتايج نشان مي دهد كه با ايجاد انقباض-انبساط در ميكروكانال، سطح بين فازي مخصوص به ترتيب در دبي هاي % كم شده است. اما با بررسي ضريب كلي انتقال جرم مشخص گرديد كه ايجاد 4/7% و 8/9 ،%10/4 ميلي ليتر بر ساعت به ميزان 25و15 انقباض-انبساط در ميكروكانال، سبب كاهش مقاومت هاي انتقال جرم شده و با وجود كاهش سطح بين فازي مخصوص، اين پارامتر در دبي- % بهبود داشته است. نتايج به طور كلي نشان مي دهد ايجاد 94/8% و 54/1 ،%125/1 ميلي ليتر بر ساعت به ترتيب به ميزان25و 15 ،5هاي انقباض-انبساط در ميكروكانال مي تواند به عنوان يك راهكار براي بهبود چشمگير انتقال جرم در اين تجهيزات در نظر گرفته شود تا در مواردي كه كاهش هر چه بيشتر در طول ميكروكانال ضروريست، به عنوان يك راهكار مورد استفاده قرار گيرد.
چكيده انگليسي :
Abstract
Previous researches on liquid-liquid flow in microchannels have mainly investigated the effect of operational parameters on the said process. On the other hand, by examining the limited studies conducted on the geometric parameters, it can be understood that the creation of contraction-expansion in the microchannel can lead to a non-negligible effect on the hydrodynamics of liquid-liquid flow. However, no study has been conducted on the effect of such deformation in the microchannel on two-phase mass transfer. In this research, hydrodynamics and mass transfer of liquid-liquid flow in microchannels with contraction-expansion shape have been studied numerically. In this study, the length and width of the expansion sections were changed, and a total of 12 geometries were investigated. The length of each section in a microchannel has varied from 2000 to 6000 micrometers and the width changes from 800 to 1200 micrometers. These geometries were investigated in three different flow rates of 5, 15 and 25 mL/h for two organic phases (acetic acid solution in n- hexane) and aqueous phase (sodium hydroxide solution in water). Acetic acid was transferred from the organic phase to the aqueous phase and reacted with sodium hydroxide. Two-dimensional numerical modeling has been done and in each simulation, the specific interphase surface, the overall-volume coefficient of mass transfer and the overall coefficient of mass transfer have been studied. The results show that by creating contraction-expansion in the microchannel, the specific interphase level has decreased by 10.4%, 8.9% and 4.7% in flow rates of 5, 15 and 25 ml/h, respectively. But by examining the overall coefficient of mass transfer, it was found that the creation of contraction-expansion in the microchannel caused the reduction of the mass transfer resistance, and despite the reduction of the specific interphase surface, this parameter in the flow rates of 5, 15 and 25 mL/h, respectively 125.1%, 54.1% and 94.8% have improved. The results generally show that the creation of contraction-expansion in the microchannel can be considered as a solution to significantly improve the mass transfer in this equipment, so that it can be used as a solution in cases where it is necessary to reduce the length of the microchannel as much as possible.
