بیوراکتورها در صنایع مختلف بیوشیمیایی جهت تولید بسیاری از محصولات مصرفی زندگی امروزه به کار برده می شوند که از تولیدات تجاری آن می توان به داروها، آنزیم ها، عطریجات، رنگ ها و آنتی بیوتیک ها اشاره نمود. انواع مختلفی از بیوراکتورها در صنایع استفاده می شوند که شامل بیوراکتورهای تانک- همزن دار، پرشده، بستر سیال، برج حبابی و هوابالابر می شوند. یک نوع مشهور و مهم از بیوراکتورها، بیوراکتورهای هوابالابر می باشند. بیوراکتورهای هوابالابر در زمینه های تخمیر هوازی، تصفیه پساب و سایر عملکردهایی که تنش برشی کمی مورد نیاز است، به کار برده می شوند. مزیت عمده این راکتورها ساخت آسان ، نیاز به سرمایه گذاری کم ، هزینه عملیاتی کم ، عدم حظور ناحیه های با تنش بالا، پخش مناسب گاز، اختلاط شدید و انتقال جرم مناسب و نیاز به توان ورودی کم می باشد. موجودی فاز گاز، سرعت چرخش مایع و زمان اختلاط مهمترین پارامترهای مشخص کننده هیدرودینامیک راکتور ایرلیفت می باشند. این پارامترها به منظور طراحی و افزایش مقیاس راکتورهای ایرلیفت حائز اهمیت می باشند. در این پروژه بعد از ساخت یک راکتور ایرلیفت، به بررسی پارامترهای هیدرودینامیکی آن در حالت دو فازی و سه فازی پرداخته شده است. به منظور به دست آوردن مقادیر موجودی فاز گاز، یک فشارسنج مانومتر معکوس ساخته شد و با قرائت اختلاف فشارهای خوانده شده و رابطه موجودی فاز گاز و اختلاف فشار، موجودی فاز گاز محاسبه شد . همچنین برای اندازه گیری مقادیر زمان چرخش، زمان اختلاط و سرعت خطی و چرخش مایع از روش ردیاب-پاسخ استفاده شد به اینگونه که در ابتدای ناودان(بالای راکتور) cc kcl 5 تزریق و نمودار هدایت بر حسب زمان توسط دستگاه هدایت سنج متصل به کامپیوتر به دست آمد، سپس با کمک مقادیر حاصله از نمودار، مقدار سرعت مایع محاسبه شد. همچنین برای به دست آوردن محدوده ی پارامتر عملیاتی(سرعت گاز)، حداکثر سرعت در هنگام شروع بیرون زدگی مایع از بالای راکتور اندازه گیری شد. در انتها روابطی تجربی بر اساس اعداد بی بعد برای موجودی فاز گاز و سرعت مایع ارائه شده است و با استفاده از نرم افزار spss روابط ارائه شده، بهینه شدند.

در سیستم های مایع – مایع- جریان فاز پراکنده به صورت حرکت توده قطرات از میان فاز پیوسته انجام می گیرد. دانستن نحوه پراکندگی این فاز در جریان سیال برای مدل سازی هیدرودینامیکی و انتقال جرم دارای اهمیت است و عوامل مختلف هندسی و عملیاتی در سیستم های مایع- مایع بر روی این پراکندگی تاثیر می گذارند. از این رو این مطالعه انجام شده است تا تاثیر انواع آکنه را در توزیع اندازه قطره در ستون ضربه ای پر شده بررسی کند. در بخش آزمایشگاهی پروژه، دو نوع متفاوت ستون ضربه ای و سه نوع آکنه (زین اسبیcm 1/25،حلقه های راشیگ cm 1/25 و cm 0/625) مورد مطالعه قرار گرفت. به علاوه از سه سیستم مایع-مایع شامل بوتیل استات-آب، تولوئن-آب و کروزن-آب استفاده شد.که این سیستم ها طیف گسترده ای از کشش بین فازی را پوشش می دهند. همچنین اثر پارامترهای عملیاتی شدت ضربه و شدت جریان حجمی فازهای پیوسته و پراکنده بررسی شدند. شدت ضربه، کشش بین فازی و شکل آکنه مهم ترین فاکتورهای اثر گذار بر روی توزیع اندازه قطره بودند. در حالی که شدت جریان حجمی فازهای پیوسته و پراکنده کم ترین تاثیر را داشتند. . اثرات انوع آکنه در شرایط آزمایش یکسان مطالعه شددر بخش دیگر این تحقیق، مدل سازی ریاضی برای محاسبه توزیع اندازه قطره و قطر قطره در سه بخش صورت گرفت. در مدل اول از آنالیز ابعادی استفاده شد و رابطه ای برای قطر قطره بر حسب کشش بین فازی، دانسیته فاز مایع و نرخ تلفات انرژی به دست آمد. سپس برای محاسبه تلفات انرژی یک مدل حل به کمک روابط افت فشار ارائه گردید که در نهایت با حل این معادلات و حل تابع توزیع نرمال، قطر متوسط قطره و توزیع اندازه قطره محاسبه شد. در قسمت دوم مدل سازی از تابع انتروپی شانون استفاده شد. این تابع بیان می کند که تنها یک منحنی است که بیشترین مقدار انتروپی را ارائه می کند این منحنی نسبت به سایر منحنی های توزیع اندازه قطره، نزدیک ترین حالت به داده های تجربی را محاسبه می کند. در این روش برای حل انتروپی یکسری قیود بر حسب اندازه قطر قطره و مجموع دانسیته عددی توزیع قطره معرفی شد که در نهایت با محاسبات آماری این مجموعه معادلات، توزیع اندازه قطره به دست می آید. و در نهایت در روش سوم از موازنه جمعیتی استفاده شد. در این قسمت با توجه به این که موجودی فاز پراکنده در آزمایشات پایین بود، از ترم به هم پیوستن صرف نظر گردید. روابطی برای ترم شکست در ستون های ضربه ای مدل سازی شد و در نهایت با حل مجموعه معادلات موازنه جمعیتی توزیع اندازه قطره با دقت بالایی محاسبه گردید.

چکیده ندارد.

در این رساله به کمک یک استخراج کننده نیمه صنعتی از نوع ضربه ای سینی دار در سازمان انرژی اتمی و با استفاده از سیستم های آب ˆ استون ˆ تولوئن (سیستمی با کشش بین فازی بالا) و آب ˆ استون ˆ بوتیل استات (سیستمی با کشش بین فازی متوسط) آزمایشات متعددی به منظور بررسی موارد ذیل انجام شده است : 1 - بررسی اثر پارامترهای عملیاتی روی موجودی فاز پراکنده . 2 - بررسی اثر پارامترهای عملیاتی روی افت فشار و طغیان. 3 - بررسی اثر پارامترهای عملیاتی روی ضرایب کلی حجمی انتقال جرم. 4 - بررسی اثر پارامترهای عملیاتی روی راندمان جداسازی. 5 - بررسی اثر چرخش های درونی قطرات در محاسبه ارتفاع ستون های ضربه ای.