Page 28 - חוברת תזות הנדסה ירוקה 2023
P. 28
חקר השפעת מיקרו-טיפות על תגובות כימיות
רעות עמר1, npreut@walla.com פרופ' דורית תבור1, ד"ר יצחק לדיז'נסקי1
1המכללה האקדמית להנדסה ע"ש סמי שמעון
שימוש בטיפות ובמיקרו-טיפות נעשה נפוץ יותר לאחרונה בתעשיות השונות. יתרונן של הטיפות על פני שימוש בנוזל בצורתו הנוזלית הוא הגדלת שטח הפנים כך שמתקבל יחס שטח לנפח גבוה המגדיל את יעילותם של תהליכים שונים. תהליך הפיכת הנוזל לטיפות או לחלקיקים קטנים נקרא אטומיזציה, והוא נעשה בד"כ באמצעות אטומייזר.
קוטר הטיפות הינו פרמטר חשוב שיש לו השפעה על איכות האטומיזציה. קיימות שתי שיטות בהן ניתן לחשב את קוטר הטיפה: -d10 ממוצע אריתמטי המבטא את היחס בין סכום קוטר הטיפות למספר הטיפות הנוצרות, -d32 המבטא את היחס בין סכום שטחי הפנים של הטיפות לסכום נפח הטיפות.
עפ"י התאוריה, כאשר מבצעים תגובות ע"י טיפות, שטח פני הטיפות מאפשר אינטראקציה טובה יותר בין המולקולות של המגיבים וקבוע הקצב גדל, לכן לקוטר הטיפה עשויה להיות השפעה רבה - ככל שהטיפה קטנה יותר התגובה תהיה יעילה יותר. מטרת המחקר הנוכחי הינה בחינת השימוש בשיטת מיקרו טיפות להגדלת יעילות תגובות כימיות
ומציאת תנאים אופטימאליים לביצוע התגובה כמו לחץ, יחס ריכוזים וקוטר טיפות.
מערכת יצירת הטיפות במחקר הינה מערכת ייחודית, שפותחה במכללה. עיקרון השיטה הוא יצירת בעבוע של אוויר בלחץ דרך צינור מחורר אל תוך תמיסות המגיבים כך שיתקבלו טיפות עדינות שעולות לפני שטח הנוזל.קטרי הטיפות במערכת נמדדו במכשיר הפועל על עיקרון שבירה בלייזר. כמו כן נחקרו שתי תגובות מודל: הידרוליזה של אמיל אצטט ע"י אשלגן הידרוקסיד ליצירת אמיל אלכוהול ותגובה בין אשלגן הידרוקסיד לבנזיל כלוריד ליצירת
בנזיל אלכוהול שהיא איטית יותר.
תחילה בוצעו הניסויים במערכת ראשונה אך לאחר בעיות ביציבות המערכת ורצון לשפר את תוצאות הניסויים הוחלט לבצע שינויים במערכת ונבנתה מערכת שנייה. במערכת הראשונה תגובת ההידרוליזה בוצעה בלחצים של 2,3,4 bar והתקבל כצפוי שככל שהלחץ גדל היפוך התגובה גדל. עליית הלחץ גורמת להעלאת האנרגיה הקינטית של הנוזל וההתגברות על מתח הפנים היא טובה יותר לכן הנוזל מתפרק לטיפות בקלות ויש אינטראקציה טובה
יותר בין המגיבים. ליחס הריכוזים לא היתה השפעה משמעותית על התגובה.
פרמטר נוסף שנבדק היה קוטר החרירים של הצינור ממנו יוצא האוויר אל תוך התמיסה. הקטרים שנבדקו היו: 0.5,0.7,0.23 mm. בקוטר 0.23 mm התוצאות שהתקבלו לא היו ברורות, כנראה זהו קוטר קטן מדי.
במערכת הראשונה ניתן היה לראות שככל שקוטר הטיפה קטן יותר ההיפוכים שהתקבלו גבוהים יותר (עבור קוטרטיפהשלm0.87 שהואהקטןביותרהתקבלוההיפוכיםהגבוהיםביותרכ-90%היפוךבלחץגבוהשל4 bar). נעשה ניסיון לבצע את התגובה האיטית במערכת הראשונה אך התקבלו היפוכים קטנים מאוד או כלל לא. במערכת השנייה לא ניתן היה לבצע את התגובות בלחץ של 4 bar ולכן הלחצים שנבדקו היו 2,2.5,3 bar. גם כאן ליחס הריכוזים לא הייתה השפעה על ההיפוך. בהשוואה בין תוצאות הניסויים בין שתי המערכות נמצא כי התקבלו קטרי טיפות קטנים יותר עבור המערכת המשופרת, מה שגרם לאינטראקציה טובה יותר בין המגיבים, וכמצופה התקבלו היפוכים גבוהים יותר, לכן ניתן להסיק שאכן השיפורים שנעשו במערכת השנייה הועילו. במערכת זו, בלחץ של 3 barהתקבלו ההיפוכים הגבוהים ביותר ובלחץ 2 barההיפוכים הנמוכים כמצופה. קטרי הטיפות שהתקבלו
28
