وثيقة

Extractive liquid fuel desulfurization in small channels.

الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2021
اللغة
الأنجليزية
الملخص الإنجليزي
The move towards processes in small and microdevices has been increased recently due to the enhanced heat and mass transfer rate of these devices. One particular area of application is liquid-liquid extraction. Hence, the key goal of this study is to miniaturize the implementation of extractive desulfurization of diesel by adopting microchannel technology to overcome the mass transfer limitation of conventional liquid-liquid extraction. The efficiency of the solvent extraction as a result of two-phase flow in an intensified channel highly depends on the flow patterns. In this work, the hydrodynamics of conventional polyethylene glycol 200 (PEG200) and simulated diesel have been investigated intensively by varying several parameters such as junction shape and diameter, channel diameter, and channel saturation at different mixture velocities and solvent volume fraction. To study the effect of solvent properties, experiments were carried out by complexing the polyethylene glycol into a deep eutectic solvent (DES) form by adding a specific amount of tetra butyl ammonium bromide (TBAB) to the PEG200. The main observed patterns were the drop, plug, various states of annular flow, and irregular flow. Those patterns were highly influenced by the channel diameter. Using DES as a liquid solvent resulted in the development of a different form of plug flow known as plug dispersed flow. The measured pressure drop was found to rise with increasing solvent velocity, solvent viscosity, and decreasing channel diameter. The dimensionless analysis showed a reasonable agreement with the experimental work. A new friction factor correlation was generated based on the homogenous pressure drop model using our experimental results. This resulted in improved predictions of the measured pressure drop. The computational fluid dynamics (CFD) was employed using the Volume of Fluid (VOF) model and results were validated with the experimental data. Both experimental and numerical results revealed two-phase flow patterns. The second part involved the utilization of the optimized experimental setup for the extraction of thiophene (Thio) and dibenzothiophene (DBT) from liquid fuel using both solvents. The central composite design (CCD) was employed to visualize the main and interaction effect of different operation factors including channel diameter, channel length, mixing velocity, and volume fraction on the extraction of sulfur compounds. It was found that extraction efficiency fluctuates with respect to mixture velocity. Moreover, the extent of extraction increased with increasing channel length and decreasing channel diameter. Channel cross-sectional area had almost no effect on the EDS efficiency. Finally, a scale-up design based on the numbering-up technique was implemented to check the possibility of implementing the model for high throughput. The proposed scale-up design enhances the mass transfer and the equilibrium was reached in a shorter micro-extractor. Deep removal of sulfur containing components from simulated diesel was achieved in four extraction stages. The percentage of DBT extraction using PEG200 and DES was 98.38 % and 98.66 % respectively. While the deep removal of sulfuric components from real diesel was achieved in six stages. This work gives a clear understanding about the behavior of different solvents to the removal of sulfuric achieve efficient sulfur reduction from liquid fuel in a small scale. It also opens the door for efficient scale-out of microchannels.
الملخص العربي
التحول الى اجراء العمليات في الأجهزة الصغيرة و المتناهية الصغر ازداد بشكل ملحوظ في الآونة الأخيرة
و ذلك لما توفره هذه الأجهزة من زيادة في معدلات انتقال الحرارة و الكتلة. احد تطبيقات هذه الأجهزة هي تقنية
الاستخلاص باستخدام سائلين لا يذوب احدهما في الآخر. و بالتالي ، فإن الهدف الرئيسي لهذه الدراسة هو تصغير
عملية تنفيذ إزالة الكبريت المستخرجة من الديزل من خلال اعتماد تقنية القنوات الصغيرة لغرض التغلب على
التحديات التي تواجهه الطريقة التقليدية الجراء عملية الاستخلاص باستخدام المذيب . كفاءة عملية الاستخلاص
باستخدام المذيب التي تحدث نتيجة التدفق الثنائي في قناة صغيرة تعتمد بشكل كبير على أنماط التدفق. في هذه
الاطروحة، تمت دراسة ديناميكية البولي ايثلين جاليكول 200 )200PEG )التقليدي مع الوقود المحاكي )الديزل
المحاكي( بشكل مكثف من خالل تغيير عدة عوامل مؤثرة مثل شكل الوصلة التي يلتقي فيها السائلين و قطرها،
قطر القناة و السائل الذي يتم ضخة في البداية الى القناة باختلاف سرعات الخليط و النسب الحجمية للمذيب. و
لدراسة تأثير خواص المذيب، تم اجراء التجارب من خلال تغيير البولي ايثيلين جاليكول و جعله يحمل خاصية
المذيبات اليوتيكتيكية و ذلك عن طريق إضافة كمية محددة من ملح رباعي بيوتيل بروميد الالمونيوم )TBAB )
الى 200PEG و بذلك تم تسميته مذيب ايتوكتيكي )DES). بشكل عام من خالل دراسة جميع هذه العوامل لوحظ
اختلاف أنماط التدفق و التي تأثرت بعدد من هذه العوامل. على سبيل المثال تأثر تشكيل هذه الأنماط بتغير قطر
القناة بشكل كبير حيث رأينا نمط غير مستقر في القناة ذات القطر الصغير جدا كما و أدى استخدام الـ DES
كمذيب الى تطوير نوع مختلف من أنماط التدفق. من ناحية أخرى فقد وجد ان الضغط في حالة التدفق الثنائي
يرتفع مع زيادة سرعة المذيب و لزوجته و تناقص قطر القناة. تحليل نتائج أنماط التدفق على أساس الأرقام التي
نسبيا . كذلك تم تعريف عامل احتكاك جديد مبني على أساس التغير
لا تحتوي على وحدات اظهر اتفاقا مقبولا
بالضغط المتجانس باستخدام النتائج التجريبية و أدى ذلك الى تحسين كفاءة تنبؤات نتائج الضغط. كجزء من
الدراسة تم استخدام ديناميكيا الموائع الحسابية )CFD )باستخدام تقنية حجم السائل )VOF )و تم التحقق من
صحة النتائج باستخدام البيانات التجريبية. حيث كشفت النتائج التجريبية و التحليلية تكوين أنماط التدفق التي
لوحظت عمليا.
تض من الجزء الثاني من العمل استخالص المواد الكبريتية من الوقود السائل المحاكي و هذه المواد هي
الثيوفين )Thio )و ثنائي بنزوثيوفين )DBT )باستخدام كال المذيبين. تم استخدام برنامج احصائي و اختير
التصميم المركزي المركب )CCD )لدراسة تأثير العوامل الرئيسية و الترابط فيما بينها على عملية الاستخلاص
مثل قطر القناة و طولها و سرعة الخلط و التركيز الحجمي. وجد ان كفاءة الاستخلاص غير مستقرة مع التغير
بسرعة المزيج و لكنها تزداد مع زيادة طول القناة الانبوبية و تقليص قطرها. كما انه لم يكن هناك تأثير يذكر
لشكل المقطع العرضي للأنبوب الصغير. بعد االعتماد على هذه النتائج تم تصميم جهاز استخلاص موسع يعتمد
على تقنية زيادة عدد الانابيب الصغيرة مع تثبيت قطرها من اجل زيادة الانتاجية. و قد وفر التصميم المقترح نسبة
استخلاص افضل في طول قناة اقصر. حيث تحققت نسبة الازالة العميقة الDBT من الوقود المحاكي الى
%98.38 باستخدام 200PEG و %98.66 باستخدام DES بعد اربع مراحل استخلاص. بينما تحققت نسبة
هذا العمل يعطي فهما واضحا لسلوك المذيبات المختلفة من اجل الازالة العميقة للوقود الحقيقي بعد ست مراحل.
تحقيق استخلاص فعال للمواد الكبريتية من الوقود السائل في الأجهزة الصغيرة. كما انه يتيح المجال للتركيز على
عمليه زيادةالإنتاجية من خلال زيادة عدد الأنابيب و جعل عملها اكثر كفاءة.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية

مواد أخرى لنفس الموضوع

مقالات الدوريات
8
0
Hulugalla, Kenneth.
College of Science, Sultan Qaboos University.
2023-01-01
الرسائل والأطروحات الجامعية
0
0
Al-Fazariyah, Fatma Rashid Khamis.
Sultan Qaboos University.
2022
الرسائل والأطروحات الجامعية
1
0
Abdullatif, Alaa Haider Amin.
Sultan Qaboos University.
2019
الرسائل والأطروحات الجامعية
0
0
Al-Yahyaiyah, .Asmaa Sulaiman Mohammed
Sultan Qaboos University
2015
الرسائل والأطروحات الجامعية
0
0
Al-Naamaniyah, Nada Ahmed Hamdoun
Sultan Qaboos University
2011