Hydrodynamics and mass transfer behavior in large scale multiple draft tube airlift contactors

พฤติกรรมทางด้านอุทกพลศาสตร์และการถ่ายเทมวลสารภายในถังบสัมผัสแบลอากาศยกขนาดใหญ่ที่มีท่อภายในหลายท่อ

Name: Nalinee Tanthikul

LCSH: Bioreactors

LCSH: Mass transfer

ThaSH: Draft tubes

LCSH: Hydrodynamics

Abstract: Developes of the basic knowledge regarding the behavior of the large scale multiple draft tube airlift contactor especially in the case of a large cross sectional area. Three main aspects were investigated including: (i) the influence of airlift configuration; (ii) the influence of the downcomer to riser cross sectional area ratio (Ad/Ar); and (iii) the effect of salinity of liquid phase on the airlift performance. The configuration of draft tube was found to significantly affect the performance of the airlift contactor. The multiple draft tube configuration demonstrated a better gasliquid mass transfer performance when compared with the conventional one draft tube system. The airlift with a larger number of draft tubes allowed a higher level of bubble entrainment which rendered a high gas holdup in downcomer. This resulted in a higher overall gas holdup in the contactor. Liquid velocity was also higher in the system with a larger number of draft tubes. This was believed to be due to the effect of internal liquid circulation which could take place more significantly in the airlift contactor with one large draft tube than in the system with multiple draft tubes. The ratio between downcomer and riser cross sectional areas, Ad/Ar, was also shown to have great effects on the system performance. The larger Ad/Ar exhibited the larger downcomer area which caused the lower downcomer liquid velocity and less quantity of gas bubbles being dragged into the downcomer. Therefore the overall, riser and downcomer gas holdups decreased with an increase in Ad/Ar. As a large fraction of gas bubbles left the system with large Ad/Ar, the interfacial area for mass transfer also decreased which led to a reduction in the overall volumetric mass transfer coefficient. This work also examined the influence of salinity on the airlift performance. Salinity raised the liquid phase surface tension which resulted in smaller bubble formation. This greatly enhanced the gas entrainment within in the system. This enhanced both the gas holdup and the gas-liquid interfacial area which resulted in a higher rate of gas-liquid mass transfer.

Abstract: พัฒนาความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับพฤติกรรมของถังสัมผัสอากาศยกขนาดใหญ่แบบที่มีท่อภายในหลายท่อโดยเฉพาะแบบที่มีพื้นที่หน้าตัดกว้างมากเพื่อเป็นประโยชน์ในการออกแบบใช้งานในระดับอุตสาหกรรมต่อไป โดยในการศึกษานี้แบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลัก คือ (ก) การศึกษาถึงผลของจำนวนท่อภายในที่ใช้ในระบบถังสัมผัสฯ (ข) การศึกษาถึงอิทธิพลของค่าสัดส่วนระหว่างพื้นที่หน้าตัดของส่วนที่ไหลลงกับส่วนที่ไหลขึ้นภายในถังสัมผัสฯ แบบที่มีท่อภายในหลายท่อ และ (ค) ศึกษาถึงผลของความเค็มของของเหลวในระบบต่อพฤติกรรมพื้นฐานต่างๆในถังสัมผัสฯ แบบที่มีท่อภายในหลายท่อการศึกษาพบว่าจำนวนท่อภายในที่ใช้ในถังสัมผัสฯส่งผลสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบ การประยุกต์ใช้ท่อภายในหลายท่อในระบบถังสัมผัสฯที่มีพื้นที่หน้าตัดกว้างพบว่าทำให้การถ่ายเทมวลระหว่างก๊าซกับของเหลวมีค่าสูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ใช้ท่อภายในเพียงท่อเดียว ระบบถังสัมผัสฯที่มีจำนวนท่อมากกว่าจะส่งผลให้มีปริมาณฟองก๊าซถูกเหนี่ยวนำลงไปในส่วนที่ไหลลงมากขึ้นและทำให้มีค่าสัดส่วนของก๊าซในส่วนที่ไหลลงและปริมาณก๊าซรวมในระบบมากขึ้น นอกจากนี้ความเร็วของของเหลวในระบบที่มีท่อภายในหลายท่อยังมีค่าสูงกว่าระบบที่มีท่อภายในเพียงท่อเดียว ทั้งนี้เนื่องจากระบบที่มีท่อขนาดใหญ่เพียงท่อเดียวเกิดการไหลวนภายในเกิดขึ้นค่าสัดส่วนระหว่างพื้นที่หน้าตัดของส่วนที่ไหลลงกับส่วนที่ไหลขึ้นเป็นตัวแปรสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบถังสัมผัสฯเช่นกัน ค่าสัดส่วนดังกล่าวที่มากจะทำให้ระบบมีพื้นที่ของส่วนที่ไหลลงมากซึ่งทำให้ความเร็วของของเหลวในส่วนที่ไหลลงมีค่าต่ำ ส่งผลให้ก๊าซจำนวนมากลอยหลุดออกจากระบบขณะที่ก๊าซจำนวนน้อยถูกเหนี่ยวนำลงไปในส่วนที่ไหลลง ดังนั้นจากการทดลองจึงพบว่าสัดส่วนของก๊าซทั้งระบบ, สัดส่วนของก๊าซในส่วนที่ไหลขึ้น, และสัดส่วนของก๊าซในส่วนที่ไหลลงจะมีค่าลดลงเมื่อค่าสัดส่วนระหว่างพื้นที่หน้าตัดของส่วนที่ไหลลงกับส่วนที่ไหลขึ้นมีค่าเพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้การสูญเสียก๊าซจำนวนมากออกจากระบบที่ค่าสัดส่วนนี้สูงๆ ส่งผลให้ระบบโดยรวมมีพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างฟองก๊าซกับของเหลวลดลง จึงทำให้ค่าการถ่ายเทมวลสารของระบบลดลงด้วยการศึกษาครั้งนี้ยังรวมถึงการศึกษาถึงอิทธิพลของความเค็มต่อพฤติกรรมภายในถังสัมผัสฯ ซึ่งพบว่า ความเค็มส่งผลทำให้แรงตึงผิวของของเหลวมีค่าเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้ฟองก๊าซที่เกิดขึ้นมีขนาดเล็กลง ฟองก๊าซขนาดเล็กนี้จะถูกเหนี่ยวนำลงมาในส่วนที่ไหลลงได้ง่ายขึ้น ทำให้ระบบที่ยิ่งมีความเค็มสูงจะมีค่าสัดส่วนของก๊าซรวมภายในระบบสูงซึ่งช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวของการถ่ายเทมวลและทำให้ค่าอัตราการถ่ายเทมวลระหว่างเฟสเพิ่มมากขึ้น

Chulalongkorn University

Address: กรุงเทพมหานคร (Bangkok)

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Prasert Pavasant

Role: Advisor

Created: 2004

Issued: 2006-02-23

Modified: 2006-08-09

วิทยานิพนธ์/Thesis

URL: http://thailis-db.car.chula.ac.th/CU_DC/Thesis/January2006/Nalinee.pdf

ISBN: 9745311138

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Nalinee.pdf	1.17 MB	25	2023-06-09 14:20:38

ใช้เวลา

0.021761 วินาที