شماره مدرك :
19888
شماره راهنما :
2263 دكتري
پديد آورنده :
عابدي، نغمه
عنوان :

مدلسازي CFD و مطالعه آزمايشگاهي خشك كن بستر سيال با جريان گاز ضربه اي

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
پديده هاي انتقال
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1403
صفحه شمار :
17, 111
توصيفگر ها :
خشك كردن , بستر سيال ضربه اي , جريان تركيبي , مدل موازنه جمعيتي , كيفيت سيالي شدن , CFD
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/08/12
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
دانشكده :
پرديس
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/08/14
كد ايرانداك :
23081196
چكيده فارسي :
با توجه به اهميت ذرات ريز چسبنده (گروه C) و كاربرد گسترده آن در صنايع مختلف به خصوص در صنايع داروسازي، سيالي شدن تحت جريان پيوسته با چالش هاي زيادي مانند عدم سيالي شدن، هدر رفت بالاي ذرات و سرعت پايين خشك شدن و توزيع نايكنواخت رطوبت همراه است. به دليل عدم اطلاعات كافي براي ذرات گروه C ، اين رساله با هدف بهبود كيفيت سيالي شدن و افزايش سرعت خشك شدن و جلوگيري از هدر رفت ذرات آرد گندم مرطوب با قطر متوسط 15 ميكرون (گروه C) بصورت آزمايشگاهي و مدلسازي انجام شد. پارامترهاي كمترين سرعت سيالي شدن، توزيع حجمي ذرات، توزيع اندازه ذرات، كسر خروج ذرات از بستر، تغييرات دماي بستر، سرعت خشك شدن و ميزان خروج رطوبت از ذرات مورد ارزيابي قرار گرفت. اثر اندازه متوسط زماني سرعت جريان (1.5Umf و 2Umf)، نوع جريان ورودي (پيوسته، ضربه اي و تركيبي) و محدوده فركانس 033/0 هرتز – 5 هرتز بر روي پارامترهاي ذكر شده در بستر سيال با قطر 20 سانتي متر و ارتفاع 100 سانتي متر بررسي شد. مدت زمان انجام آزمايش ها براي هيدروديناميك بستر و ميزان خروج ذرات برابر 480 ثانيه و براي خشك شدن 90 دقيقه در نظر گرفته شد. از مدل دو فازي اويلرين- اويلرين همراه با مدل موازنه جمعيتي اصلاح شده (CFD-PBM) بر مبناي تئوري DLVO براي مدلسازي فرآيند كلوخه شدن و همچنين از مدل نفوذي و معادله گان براي محاسبه انتقال جرم ذرات ريز چسبنده مرطوب استفاده شد. در مدل موازنه جمعيتي، اثر نيروهاي بين ذرات شامل: الكترواستاتيك، واندروالس و پل مايع در نظر گرفته شد. براي اطمينان از صحت مدل ارائه شده، اعتبار سنجي نتايج آزمايشگاهي با مدلسازي انجام شد. كمترين سرعت سيالي شدن در شرايط جريان ضربه اي و با افزايش فركانس از 033/0 هرتز به 5 هرتز به ترتيب 4/12% و 5/41% كاهش در مقايسه با جريان پيوسته مشاهده شد كه نشان دهنده كاهش قطر كلوخه هاي ايجاد شده است. كيفيت سيالي شدن ذرات ريز چسبنده تحت شرايط جريان پيوسته و ضربه اي در فركانس هاي پايين بسيار ضعيف است و با افزايش فركانس به 5 هرتز با غلبه بر نيروهاي جاذب كيفيت سيالي شدن بهبود يافت. حال آنكه با استفاده از جريان تركيبي در فركانس هاي پايين مي توان به كيفيت بالاي سيالي شدن با غلبه بر نيروهاي جاذب دست يافت. ميزان هدر رفت ذرات تحت جريان پيوسته بشدت زياد است و در محدوده فركانس بهينه 1/0 هرتز براي جريان ضربه اي و محدوده 033/0 هرتز – 1/0 هرتز براي جريان تركيبي سرعت و ميزان خروج ذرات حداقل است. فركانس بحراني در 5/0 هرتز مشاهده گرديد. سرعت خشك شدن ذرات با جريان هواي پيوسته و ضربه اي در فركانس پايين 033/0 هرتز به دليل سيالي شدن نايكنواخت بشدت پايين است و با افزايش فركانس به 5 هرتز افزايش يافت. تحت جريان تركيبي در فركانس پايين افزايش زياد سرعت خشك شدن به دليل بهبود كيفيتت سيالي شدن مشاهده گرديد. با ارائه مدل CFD-PBM و اعمال نيروهاي جاذب واندروالس و پل مايع و نيروي دافع الكترواستاتيك با تئوري DLVO حركت و توزيع ذرات درون بستر ، توزيع اندازه ذرات و سرعت خشك شدن بطور كامل پيش بيني شد. نتايج نشان داد در شرايط جريان ضربه اي در فركانس هاي بالا و تحت جريان تركيبي در فركانس هاي پايين كيفيت بالاي سيالي شدن با توزيع يكنواخت و كاهش قطر كلوخه ها حاصل گرديد. كاهش 41% و 21% قطر آگلومره هاي ايجاد شده تحت جريان تركيبي با فركانس 033/0 هرتز به ترتيب در مقايسه با جريان پيوسته و ضربه اي در فركانس 033/0 هرتز مشاهده گرديد. بيشترين مقدار سرعت خشك شدن ذرات و مقدار رطوبت خارج شده در حدود 78% براي شرايط جريان تركيبي با فركانس 033/0 هرتز و كمترين مقدار براي جريان پيوسته در حدود 17% حاصل گرديد. همچنين در شرايط جريان تركيبي با فركانس 033/0 هرتز با بالا بودن سرعت خشك شدن ذرات به دليل انتقال حرارت و رطوبت بالا، افزايش دماي نهايي ذرات جامد كمتر است كه براي مواد حساس به حرارت بسيار حائز اهميت است. با توجه به نتايج آزمايشگاهي و مدلسازي، سيالي شدن ذرات ريز چسبنده تحت جريان هواي تركيبي در فركانس هاي پايين به منظور دستيابي به كيفيت بالاي سيالي شدن و افزايش سرعت خشك شدن با حداقل هدر رفت ذرات از بستر پيشنهاد مي شود كه به عنوان دستاورد جديد در اين رساله ارائه شده است.
چكيده انگليسي :
Fine cohesive particles (Group C) are extensively used in various processes, particularly in the pharmaceutical industry. However, fluidization and flowability during continuous flow present several challenges. These challenges include non-fluidization, excessive elutriation of particles, slow drying rates, and uneven humidity distribution. Given the insufficient information available regarding Group C particles, this thesis was conducted through experimental methods and modeling to improve the fluidization quality increase drying rates, and prevent the elutriation of wet wheat flour particles with an average diameter of 15 microns (Group C). The study eva‎luated several parameters, including minimum fluidization velocity, particle volume distribution, particle size distribution, the fraction of particles exiting the bed, changes in bed temperature, drying rates, and the final moisture content of the particles. Due to the significance of small adhesive particles (Group C) and their extensive applications across various industries, particularly in the pharmaceutical sector, fluidization under continuous flow presents several challenges. These challenges include non-fluidization, excessive elutriation of particles, slow drying rates, and uneven humidity distribution. Given the limited information available regarding Group C particles, this thesis employs experimental methods and modeling to enhance fluidization quality, increase drying rates, and prevent the elutriation of wet wheat flour particles with an average diameter of 15 microns (Group C). The study eva‎luates several parameters, including minimum fluidization velocity, particle volume distribution, particle size distribution, the fraction of particles leaving the bed, changes in bed temperature, drying speed, and final moisture content of the particles. The reduction in minimum fluidization velocity under pulsed flow, with an increase in frequency from 0.003 Hz to 5 Hz, was 12.4% and 41.5% compared to continuous flow, respectively. This indicates a reduction in agglomerate size. The fluidization quality of fine cohesive particles under continuous flow and pulsed flow at low frequencies is poor but improves with increasing frequency up to 5 Hz due to the overcoming of cohesive forces. The rate of particle elutriation under continuous flow is extremely high. The elutriation of particles is minimal under the optimal frequency range of 0.1 Hz for pulsed flow and 0.003 Hz to 0.1 Hz for mixed flow. The critical frequency is identified at 0.5 Hz. The drying rate of particles under continuous flow and pulsed flow at 0.033 Hz is low due to uneven particle distribution; however, it increases with frequency, reaching up to 5 Hz. In contrast, under mixed flow at a low frequency of 0.033 Hz, the drying rate improves due to enhanced fluidization quality. With the proposed CFD-PBM, along with considerations of van der Waals forces, capillary forces, and electrostatic forces, the movement, particle size distribution, and drying rate are predicted comprehensively. The results indicated that under pulsed flow at a high frequency of 5 Hz and mixed flow at a low frequency of 0.033 Hz, the quality of fluidization was significantly enhanced due to a reduction in agglomerate size and a more uniform particle volume distribution. The agglomerate diameter under mixed flow at 0.033 Hz decreased by approximately 41% compared to continuous flow and by 21% compared to pulsed flow at 0.033 Hz. The drying rate and moisture removal reached 78% under mixed flow at 0.033 Hz, while the minimum rate was about 17% under continuous flow. Additionally, the increase in final particle temperature under mixed flow at 0.033 Hz was minimal due to high mass transfer, which is crucial for sensitive materials.
استاد راهنما :
محسن نصراصفهاني
استاد مشاور :
مسعود حق شناس فرد
استاد داور :
احمد محب , صفورا كريمي
لينک به اين مدرک :

بازگشت