بررسی پارامتر‌های موثر بر هیدرودینامیک بستر پرشده دوار به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

بستر‌های پرشده دوار در بسیاری از فرایند‌های مهندسی شیمی از قبیل تقطیر، جذب، تهیه‌ی نانو ذرات، شیرین‌سازی گازترش و غیره استفاده میشوند. آنالیز جریان سیال در این تجهیزات برای بدست آوردن اطلاعات هیدرودینامیکی و بررسی پدیده انتقال در آن‌ها لازم است. در این مقاله شبیهسازی سه‌بعدی جریان‌های تک فازی و دو‌فازی درون بستر پرشده دوار با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی انجام می شود. اثر برخی پارامتر‌ها از قبیل سرعت چرخش، دبی های گاز و مایع، اثر تعداد روزنه های روتور، وجود بافل ثابت و متحرک بر افت فشار بررسی می شوند. آنالیز جریان تک فازی نشان دادکه مولفه سرعت مماسی نسبت به مولفه‌های سرعت‌شعاعی و محوری تاثیر بیش‌تری بر مقدار سرعت دارد. نتایج شبیه‌سازی ها نشان داد که با افزایش دبی گاز، افت فشار برای هر دو حالت بستر خشک و بستر مرطوب افزایش می‌یابد بطوریکه متوسط خطا نتایج شبیه سازی با داده های تجربی در حالت بدون بافل و با بافل به ترتیب برابر 5.3 و 3.6 درصد می باشد. هم‌چنین مشخص شد که افزایش دبی مایع تاثیر کمی برافت فشار دارد. مشاهده شد که با افزایش سرعت چرخش و تعداد روزنه های روتور افت فشار بستر دو‌فازی افزایش می یابد. وجود بافل متحرک درون بستر سبب کاهش 14 درصدی افت فشار بستر مرطوب شد.

Investigation of effective parameters on hydrodynamics of rotating packed bed using computational fluid dynamics

Rotating Packed Beds (RPBs) are used in many processes of chemical engineering, such as distillation, absorption, production of nanoparticles, natural gas sweetening, and etc. The fluid flow analysis in this equipment is necessary to obtain the hydrodynamic information and investigation of transport phenomena. In this paper, 3D simulation of single phase and two phase flows are carried out using Computational Fluid Dynamics (CFD). The effect of some parameters such as rotational speed, gas and liquid flow rates, number of rotor holes, fixed and moving baffle are investigated on the pressure drop. The single phase flow analysis showed that the tangential velocity has the most effect on the velocity magnitude comparison with the radial and axial velocities. The simulation results showed that dry and wet pressure drop increase with increasing gas flow rate as the average errors between experimental data and simulation results with and without baffle are 5.3% and 3.6%, respectively. It was also known that increasing liquid flow rate has negligible effect on the pressure drop. It was seen that wet pressure drop increases with increasing both rotational speed and rotor holes. The moving baffle insertion into the bed was caused that wet pressure drop decreases 14%.