بررسی هیدرودینامیک برج‌های مخروطی چرخان توسط دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : ترویجی

نویسندگان

1 استاد گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

برج­های تقطیر سینی چرخان (SCC) امروزه با گسترش کاربرد در صنایع شیمیایی روبرو هستند. در این تحقیق پارامتر افت فشار سیستم آب‌وهوا درون برج SCC در مقیاس پایلوت و با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار گرفته و با داده‌های تجربی مقایسه شده است. مدل در این تحقیق شامل دو مرحله از برج بوده و پارامترهای افت فشار خشک و دوفازی در سرعت­های چرخشی 500، 1000 و 1500 دور بر دقیقه گزارش شده‌اند و تأثیر سرعت چرخش بر میزان افت فشار درون برج نیز بررسی شده است. متوسط خطای نسبی در حالت افت فشار خشک برابر با 11 درصد و برای داده‌های افت فشار دوفازی در شدت جریان‌های مایع 0/6 و 0/9 و 1/5 کیلوگرم بر دقیقه برابر با 13 درصد است. همچنین نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد که با افزایش سرعت چرخشی، افت فشار سیستم نیز افزایش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hydrodynamic Analysis of Spinning Cone Column by Computational Fluid Dynamics

نویسندگان [English]

  • Mortaza Zivdar 1
  • Mojtaba Yousefi 2
  • Nasim Shahrouei 2
1 Professor of Chemical Engineering, University of Sistan & Baluchestan, Zahedan
2 M.Sc. Student of Chemical Engineering, University of Sistan & Baluchestan, Zahedan
چکیده [English]

Nowadays Spinning Cone Columns (SCC) are facing widespread application in chemical industries. In this work, the pressure drop parameter of the air and water system inside the SCC tower at pilot scale have been investigated by using computational fluid dynamics and compared with experimental data.
The model studied in this work consisted of two stages of the tower and the dry and the two-phase pressure drop at rotational speeds of 500, 1000 and 1500 rpm were obtained and the effect of rotational speed on the amount of pressure drop inside the tower has also been investigated. The average relative error in the case of dry pressure drop was 11% and for the two-phase pressure drop with the liquid flow rates of 0.6, 0.9 and 1.5 kg / min was 13%. The simulation results also show that as the rotational speed increases, the system pressure drop also increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spinning Cone Column Tower
  • Rotating Cone
  • Computational fluid dynamics
  • Pressure drop
[1] Riley, P.C., Sykes, S. J., “Industrial Application of Spinning Cone Column Technology: A Review”, International Conference on Distillation and Absorption, 2002, pp. 1-15.
[2] Sykes, S. J., “Operating Characteristics of the Spinning Cone Column”, Ph.D. Thesis, Department of Chemical Engineering, the University of Sydney, 1995.
[3] Zivdar, M., “Distillation for Food Flavour Separation”, Ph.D. Thesis, the University of Sydney, 1998.
[4] زیودار، م.، خنشا. ا.، مرادیان، م.، «شبیه­سازی افت فشار خشک در برج­های تقطیر با سینی مخروطی چرخان (SCC) توسط دینامیک سیالات محاسباتی»، دوازدهمین کنفرانس دینامیک شاره­ها، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران، 1388.
[5] پورجعفر، ل.، «بزرگنمایی در برج­های تقطیر از نوع SCC با استفاده از آنالیز CFD»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، 1388.
[6] Makarytechev, S. V., Langrish, T. A. G., Fletcher, D.F., “CFD Analysis of Spinning Cone Columns: Prediction of Unsteady Gas Flow and Pressure Drop in a Dry Column”, Chemical Engineering Journal, 87, 2002, pp. 301-311.
[7] Makarytechev, S.V., Langrish, T. A. G., “Dry column approximation for pressure drop in spinning cone columns”, Chem. Eng. Comm., 191, 2004, pp. 641-664.
[8] Makarytechev, S.V., Langrish, T. A. G., Fletcher, D.F., “CFD Analysis of Scale Effects in Spinning Cone Columns”, Trans IChemE, 83, 2005, pp. 951-958.
]9[ زیودار، م.، خنشا. ا.، مرادیان، م.، «شبیه‌سازی افت فشار خشک در برج‌های تقطیر با سینی چرخان (SCC) توسط دینامیک سیالات محاسباتی»، دوازدهمین کنفرانس دینامیک شاره‌ها، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، 1388.
[10] Seongwoong, Bae. Shin Hyuk, Kim, Jay, H. Lee., “An Investigation into the Hydrodynamics of a Spinning Cone Column: CFD Simulations by an Eulerian-Lagrangian Approach”, Computers and Chemical Engineering, 132, 2020.
[11] Zivdar, M., Shahrouei, N., “Murphree vapor efficiency prediction in SCC columns by computational fluid dynamics analysis”, Chemical Product and Process Modeling, Vol. No., 2021,
[12] Langrish, T. A. G., Makarytechev, S. V., Fletcher, D. F., Prince, R. G. H., “Progress in Understanding the Physical Processes Inside Spinning Cone Columns”, Chemical Engineering Journal, 87, 2002, pp. 301-311.
[13] Chung, T. J., “Computational fluid dynamics”, Cambridge, Cambridge University Press, 2002.
[14] Ranade, V. V., “Computational Flow Modeling for Chemical Reactor Engineering”, Academic Press, 2002, pp. 24-25.
[15] Bird, R. B., Stewart, W. B., Lightfoot, E. N., “Transport Phenomena”, John Wiley & Sons, Inc. 1960.
[16] Makarytechev, S.V., Langrish, T. A. G., Prince, R. G. H., “Structure and Regimes of Liquid Film Flow in Spinning Cone Columns”, Chemical Engineering Science, 53, 1998, pp. 1541-1550