بخشی از مقاله
مقدمه
جذب گازهای اسیدی چون ٢CO از جریان گازها به ﳊاظ مسائل خورندگی، آلودگی ﳏیط زیست و ناخالصی ﳏصولات یک فراینـد عـادی صنعتی است که گستره وسیعی از فرآیندها را در صنایع پالایش، پتروشیمی و تولید مواد صنعتی در برمیگﲑد. گازهای طبیعی، گازهای حاصل از سوختهای مصنوعی و گازهای حاصل از تقطﲑ زغال سنگ مثالهایی از ﳐلوطهای گازهای صنعتی هستند که باید گازهای اسـیدی چـون ٢CO از انها جدا شود.
فرآیندهایی نظیر تولید دی اکسید کربن جامد یا یخ خشک جهت مصرف به عنوان خنک کننده در راکتورهای هستهای، تولید مواد شیمیایینظیر متانول، وینیل استات، اسید سالیسیک، کربنات پتاسیم، ﰊکربنات پتاسیم، ﰊکربنات سدﱘ، استیلن و اولفﲔ فرآیندهایی هستند که جذب ٢CO در آهنا از اﳘیت ویژهای برخوردار است.
جداسازی این ﳐلوطها به وسیله عمل تقطﲑ ساده ﳑکن نیست زیرا این ﳐلوطها دارای نقطه جوش پایین هستند یا از هیدروکربنهای هم خانواده میباشند که در این صورت دارای نقطه جوش نزدیک به هم بوده و جداسازی آهنا به روش تقطﲑ غیر ﳑکن است.
مناسبترین روش جداسازی گازها در صنعت استفاده از فرآیندهای جذب فیزیکی و جذب شیمیایی است. اگر فشار جزئی گازهای اسـیدی در ﳐلوط گازی بالا باشد از جذب فیزیکی و اگر فشار جزئی در ﳐلوط پایین باشد از جذب شیمیایی استفاده میشود.
در این فرآیندها،حلال مناسب و ﳐلوط گازی را در دو جهت ﳐتلف از برجهای جذب عبور میدهند که با توجه به حلال مورد استفاده، گـاز موردنظرراجدامیکنند.بنابراین داشﱳ اطلاعات آزمایشگاهی دقیق ازمقدارحلالیت ٢CO در حلالهای ﳐتلف نقش مهمی در طراحی دسـتگاههای جذب جهت خالص ﳕودن گازها و نیز طراحی راکتورهای شیمیایی دارد. در اکثر کتب و مقاله هـای ترمودینـامیکی، حلالیـت گازهـا در گسترههای ﳐتلف درجه حرارت و فشار اندازه گیری شده است ]١٥.[ همچنین به علت اینکه حلالیت دیاکسید کربن در حـلالهـای آﱄ در گستره دماهای پایین در مراجع کمتر یافت میشود. بررسی حلالیت دی اکسید کربن در درجه حرارهتای پایین ضروری به نظر میرسد. William و Field با بررسی حلالیت ٢CO در تولوئن، یک مدل ریاضی جهت بررسی میزان حلالیت ٢CO ارائه ﳕودند ]١.[
Prausnitz و همکاران حلالیت ٢CO را در الکانهای غیر حلقوی اندازه گیری کردند ]٢.[
Harustiak و Kaszonyi حلالیت ٢CO را در حلالهای آﱄ شامل گروههای کربوکسیلنظیر وینیل استات و در ﳐلوط وینیل استات و اسید استیک بررسی ﳕودند ]٣.[
YoGish حلالیت٢CO را در بعضی از حلالهای فیزیکی مورد مطالعه قرار داد ]٤.[ Li و Mather حلالیت٢CO را در ﳐلوط آلکانول آمﲔها پیش بینی ﳕودند ]٥.[
Vetere یک روش تجربی جهت ارزیاﰊ حلالیت گازها از ﲨله ٢CO در حلالهای قطﱯ و غیر قطﱯ ارائه کرد ]٦.[ Yau و Tsai حلالیت ٢CO را در حلالهای حلقوی پیش بینی کردند ]٧.[
Hayduk و هپلوانزاده حلالیت S٢H و ٢CO را در حلالهای ﳐتلف بررسی ﳕودند ]٨.[ همچنین هپلوانزاده و همکاران حلالیت ٢CO را در گستره دمایی ( K ٣٢٠ – ١٥/٢٧٨) در حلالهای چون تولوئن، اتانل و بﱰن اندازه گیری ﳕودند ]٩.[ هپلوانزاده و نیکوکار حلالیت ٢CO را در حلاﳍای ﳐتلف در گستره دمایی K) ١٥/٢٧٨ – ١٥/٢٥٨) بررسی و با توجه به نتایج آزمایشگاهی، یک مدل ترمودینامیکی را برای پـیش بیﲏ حلالیت ٢CO توسعه دادند ]١٠،١١،١٢.[
با توجه به اینکه عملیات جذب در دماهای پایین بازدهی بیشتری دارد لذا حلالیت ٢CO در حلاﳍایی چون اتیل استات، دی متیـل فرمامیـد، تولوئن و نرمال هپتان در گستره دمایی K)١٥/٢٧٨-١٥/٢٥٨) و فشار کل یک اﲤسفر اندارهگﲑی شد. همچنین مقـادیر حلالیـت ٢CO در حلاﳍای فوق در شرایط فوق از طریق مدلهای ویلسون، NRTL، NRTL-NRF بدست آمده و با مقادیر تجربی مقایسه شد.
روش آزمایش
دستگاه مورد استفاده در این ﲢقیق جهت اندازه گﲑی حلالیت گازها در مایعات، مشابه ﳘان دستگاهی است که هیداک و هپلوانزاده ]١٠[ به کار بردند که شامل قسمتهای زیر است:
منبع جیوه و جک بالا برنده که جهت تنظیم فشار داخل دستگاه استفاده میشود. پمپ سرنگ که برای تزریق حلال به داخل دستگاه استفاده میشود.
لوله مارپیچ که انتهای آن مانومتر کوچکی نصب شده و جهت ﲤاس گاز و حلال و تنظیم فشار دستگاه کاربرد دارد. دماپا که برای تنظیم دمای سیستم است.
در ابتدا درجه حرارت سیال درون ﲪام را توسط دماپا به درجه حرارت مورد نظر رسانده سپس با پایین آوردن جیوه توسط جک متحرک معـﱪ ورودی گاز را باز کرده و حدود سه دقیقه گاز به داخل دستگاه تزریق میکنیم تا بورت مدرج و لوله مارپیچ از گاز پر شود. در مرحله بعد شﲑ ورودی گاز را بسته، با بالا آوردن ظرف جیوه توسط جک متحرک گاز موجود در بورت را ﲢت فشار قرار میدهیم. سپس سرنگ ﳐصوص را از حلال پر کرده و درﳏل ﳐصوص آن روی قسمت مکانیکی پمپ قرار میدهیم. سرعت لازم جهت تزریق حلال را روی پمپ سرنگ تنظـیم کرده و آن را روشن میکنیم. بعد از آنکه حرکت سیال داخل لوله مارپیچ یکنواخت شد و درجه حرارت ﲪام به درجه حرارت مورد نظر رسید با بالا آوردن ظرف جیوه، مانومتر را همتراز کرده و کرنومتر را به کار انداخته پیوسته کاهش فشار گاز درون بورت را با بالا آوردن جیوه جﱪان میکنیم تا سطح سیال درون دوبازوی مانومتر همتراز شود. این کار را ادامه میدهیم تا یک حجم معﲔ از گاز مصرف شود. سپس کرونـومتر را خوانده و زمان را یادداشت میکنیم. این آزمایش را برای هر دمای معﲔ چهار مرتبه تکرار میکنیم. در صورتیکه مطمئن شدﱘ نتایج بدست آمده مشابه هم هستند با داشﱳ زمان آزمایش مقدار حلال مصرﰲ را مشخص ﳕوده و مقدار گاز حل شده نیز به کمک دستگاه بدست آورده و با این اطلاعات حلالیت ﳏاسبه میشود.
ﳏاسبه حلالیت تجربی
ﳘانطوریکه در قسمت آزمایش بیان شد در هر آزمایش حجم گاز حل شده در زمان آزمایش بدست میآید. با داشﱳ فشار و درجـه حـرارت آزمایش، حجم موﱄ گاز حل شده با استفاده از یک معادله حالت مناسب بدست می آید. معادله حالت ویریال اصلاح شده، معادله مناسبی بـرای این منظور است. بر مبنای این معادله حالت خواهیم داشت:
معادله فوق بر حسب Vg به معادله درجه دوم زیر تبدیل میشود: (٢)
که در آن RT= C میباشد. از حل معادله (٢) و با توجه به اینکه p=1، حجم موﱄ گاز از رابطه زیر بدست میآید:
اگر V حجم گاز حل شده باشد تعداد مولهای گاز حل شده از رابطه زیر تعیین میشود:
همچنین مقدار حلال مصرف شده از رابطه زیر بدست میآید:
به کمک روابط (٤) و (٥) کسر موﱄ گاز در حلال در فشار کل یک اﲤسفر از رابطه زیر تعیین میشود: (٦)
نتایج بدست آمده در جدول (١) گزارش شده است:
