Search :

Project Project Title : โครงการปรับปรุงเครื่องตกผลึกในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้การจำลอง CFD (Improvements to Industrial Crystallization Units through CFD Modeling)     downloaded 62 times Researcher Name : Adrian Flood Abstract : บทคัดย่อ การตกผลึกจัดเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญมากในอุตสาหกรรมการผลิตสารเคมี พบว่าร้อยละ 80 ของการผลิตสารเคมีต้องผ่านขั้นตอนการตกผลึกอย่างน้อย 1 ครั้ง อย่างไรก็ตามความรู้และความเข้าใจในเชิงทฤษฎีของการตกผลึกในระดับอุตสาหกรรมยังมีน้อย และเครื่องตกผลึกเป็นเครื่องมือที่ออกแบบยากที่สุด งานวิจัยนี้ได้ทำการจำลองตัวเลขและวิเคราะห์การไหลของของเหลวในระบบการตกผลึกในอุตสาหกรรม 2 ประเภท เพื่อที่จะแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้เป็นเครื่องมือในการปรับปรุง ออกแบบ และหาสภาวะการทำงานที่เหมาะสมของเครื่องตกผลึกได้ โดยหาความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลของของเหลว การถ่ายเทความร้อนและสภาวะต่างๆ ในการตกผลึก แบบจำลองอันแรกคือ เครื่องตกผลึกแบบ DTB (Draft tube baffle) ซึ่งเป็นเครื่องตกผลึกแบบต่อเนื่องที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ในการตกผลึกสารเคมีอนินทรีย์ ในระบบ DTB นั้น ใช้การระเหยของน้ำในการทำให้สารละลายมีความอิ่มตัวยิ่งยวด เพื่อให้เกิดการเติบโตของเม็ดผลึก ในระบบนี้พบว่าจะมีสาร 3 สถานะปนกันอยู่คือ ของเหลว ไอ และของแข็ง (ผลึก) ในสภาวะเช่นนี้ การใช้โปรแกรมสำเร็จรูปเชิงพาณิชย์ CFD (CFX 10.0) ในการวิเคราะห์ปัญหาจะทำได้ยากมาก เพราะมีมิติที่ซับซ้อน ในการวิจัยนี้จึงได้สมมุติให้สถานะของแข็ง (ผลึก) ประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ ที่เคลื่อนที่ไปกับของเหลวโดยไม่มีการตกตะกอน การจำลองทางตัวเลข พบว่า โปรแกรมสำเร็จรูปนี้สามารถคำนวณ ปัจจัยที่สำคัญในการตกผลึก ได้แก่ ความเร็วของใบกวน การถ่ายเทความร้อนของของเหลวและการระเหยของน้ำ ซึ่งผลของการคำนวณนี้จะช่วยในการปรับปรุงและการออกแบบเครื่องตกผลึกในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ได้เป็นอย่างดี แบบจำลองที่สองคือ การตกผลึกแบบไม่ต่อเนื่อง แบบถาด (pan crystallizer) ซึ่งใช้ในการตกผลึกน้ำตาลทรายของโรงงานน้ำตาลทั้งหมด แต่งานวิจัยในส่วนนี้ไม่สามารถทำได้ทันเนื่องจากขาดทุนวิจัย สำหรับการต่อสัญญาการใช้โปรแกรมสำเร็จรูป CFD (CFX 10.0) Abstract Industrial crystallization units are one of the most important operations in the chemical process industries. It is estimated that over eighty percent of chemical products undergo crystallization at least once during their preparation. However crystallization is also one of the least understood of the industrial processes, and also one of the most difficult to design units for. The current research performed computation fluid dynamic (CFD) analysis for two types of industrial crystallizer to show that it can be used as a tool to improve the design and performance of such crystallizers by improving understanding of the interrelation of the fluid flow, heat transfer, and conditions under which the crystallization occur. The first crystallizer modeled was a draft tube baffle (DTB) crystallizer which is commonly used in the large-scale crystallization of many inorganic chemical products. The DTB crystallizer uses evaporation of the solvent, in this case water, to produce the supersaturation required for the nucleation and growth of the crystal phase. This means that there are three phases in the crystallizer; the solution phase, water vapor produced from the evaporation, and crystals. This is a very difficult problem for CFD to model in a complex geometry. The solution has been simplified here by assuming that the crystal phase, consisting of very small particles, travels with the liquid phase with the exception of the settling zone used for fines removal. The simulations showed that the significant effects in the crystallizer, such as the effect the agitation speed has on the fines cut size (which is a major determinant of the product particle size), and the effect of the heating rate of the fluid flow and the evaporation rate, could be modeled using the CFD tool. This allows for CFD to improve in the design of the industrial crystallizer by allowing the designer to analyze key points of the design before a crystallizer is built. The second crystallizer to be modeled was a batch vacuum pan crystallizer, a crystallizer which is in use in almost all sugar production plants. A design based on an analysis of key fluid and particle properties, a common geometry of crystallizer and internal heat exchanger (calandria), and key operating parameters has been made. Unfortunately the amount of research funding allocated to the grant in its third year was not sufficient to purchase the CFD software used (CFX 10.0), and therefore the vacuum pan crystallizer simulations could not be completed. Publications : No  View Publications  Detail 1  View Publications   Award/Honor :  Name  Sponsor  Get Date

IRD SEARCH | IRD LOGIN