KFUPM ePrints

Numerical and experimental studies of non reactive and reactive mixing

Siddiqui, Shad Waheed (2004) Numerical and experimental studies of non reactive and reactive mixing. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
2631Kb

Arabic Abstract

عملية الخلط تلعب دوراً مهماً في الصناعات الكيميائية . وتعتبر إحدى الطرق التي يمكن بواسطتها الحصول على درجة عالية من التجانس وتستخدم أيضاً في زيادة التفاعلات الكيميائية والانتقال الحراري وانتقال الكتلة . يمكن إجراء عملية الخلط بطرق متعددة ومنها الطرق الميكانيكية ونفاثات الموائع. الخلط بواسطة نفاثات الموائع يشمل خزانات الخلط النفاث والأنابيب ثلاثية الرأس . حتى الآن عرف القليل فقط عن إنسياب الموائع وحقل السرعة وصفات الخلط والتي تستخدم في أنظمة الخلط . الخلاطات النفاثة تستخدم كطرق اقتصادية لخلط المواد ذات الحالات المختلفة. حيث لا يستدعي استخدام هذه الخلاطات الكثير من الأجهزة ولا تحتاج إلى صيانة على مدى فترات طويلة من الاستخدام. وتعتبر هذه الخلاطات طريقة ملائمة للخلط في خزانات الخلط النفاثة والأجزاء الأنبوبية المختلفة . تم إجراء العديد من الدراسات للخلط في هذين النوعين من الأنظمة وذلك للسوائل في الحالات التفاعلية واللاتفاعلية. في الدراسات السابقة كان الغرض الأساسي هو دراسة زمن الخلط الأمثل. أما في هذه الدراسة فقد تم بحث تأثير شكل قاع الخزان على زمن الخلط وذلك في خزانات الموائع الإسطوانية وذلك في حالة عدم وجود تفاعل كيميائي. وكذلك تأثير نسبة السرعةالنفاثة إلى السرعة الرئيسية في الأنبوب في حالة الأنظمة المتفاعلة . اشتمل هذا البحث على دراسة مخبرية وعددية للخلط داخل خزان نفاث وأيضاً تأثير الخلط علىالتفاعلات الكيميائية السريعة في الأشكال الأنبوبية الثلاثية . أظهرت النتائج أن زمن الخلط لـ درجة 95% (t95) في الخزانات الإسطوانية ذات القاع النصف كروي أقل بحوالي 20% من زمن الخلط في الخزانات ذات القاع المسطح . والخزانات الإسطوانية ذات القاع المخروطي أعطت زمن خلط أقل أيضاً . تم بحث أيضا القيمة (t99/t95) ووجد أن هذه القيمة تختلف من خزان لآخر تبعاً لأشكالها . ووجد أن هذه القيمة تمتد من 1.25 إلى 2.5 . وكانت هذه النتائج مطابقة لما وجد في الدراسات السابقة . في هذه الدراسة تم أيضاً بحث تأثير الخلط على التفاعلات اللحظية . لقد وجد أن الخلط يساعد على تكسير التكتلات الجزيئية ويحفز تلاصق المواد المتفاعلة .

English Abstract

Mixing plays an important role in chemical industries. It is a means of achieving a desired degree of homogeneity and may be used to promote chemical reactions, heat and mass transfer. It may be achieved in various ways including mechanical means and fluid jets. Fluid mixing include jet agitated tanks and pipelines with tees. Until recently very little was known about the fluid flow, velocity field and mixing characterization that are generally involved in mixing systems. Jet mixers usuallyserve an economical way of mixing different phases. They require least hardware and maintenance over long periods of usage. These jet mixers are suitable for both jet agitated tanks or pipeline assemblies. Extensive studies have been carried out in both of the above systems for both reactive and non-reactive liquid phased compounds. The sole objective in the previous studies was to optimize the mixing time. In this study the effects of various tank bottom shapes, on mixing time in fluid agitated cylindrical tanks, for non reactive systems and the effect of velocity ratio (jet velocity to main pipe velocity), in case of reactive systems are investigated. This study comprises an experimental and numerical investigations of mixing in a fluid jet agitated tank and effects of mixing on fast chemical reactions in a pipe with side tees. Results show that the 95% mixing time (t₉₅) in a cylindrical tank with a hemispherical bottom is about 18% to 25% shorter than t₉₅ for a flat base tank. Cylindrical tanks with a conical base also gave shorter mixing times. The ratio of t₉₉/t₉₅ was also investigated. It was found that this ratio varies from one tank arrangement to another, the ratio found in this study ranges from 1.25 to 2.5. This compare favorably to the published data. The present study also investigated the effects of mixing on instantaneous chemical reaction in a pipeline with side tees. These instantaneous reactions are diffusion controlled. It was found that mixing helps in breaking the segregation and improves the contact between the reactants.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:June 2004
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Siddiqui, Shad Waheed
Committee Advisor:Zughbi, Habib D.
Committee Members:Shalabi, Mazen A. and Fatehi, Ashraf I. and Inui, Tomoyuki and Al-Ali, Habib H.
ID Code:10487
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:06
Last Modified:30 Apr 2011 15:37

Repository Staff Only: item control page