بخشی از مقاله
چکیده :
نانوسیال ها به عنوان حلال جداسازی جایگزین بسیار مناسبی برای حلال های شیمیایی معمول جهت حذف گاز های اسیدی به ویژه در صنایع شیرین سازی خواهد بود. تلفیق فرآیند جداسازی توسط غشا و کاربرد نانوسیال ها به عنوان حلال و جاذب در فرآیند جذب دی اکسید کربن از اهداف این طرح بوده است، از طرفی فرآیند های غشایی مزایای زیادی به لحاظ مصرف انرژی و هزینه، سادگی فرآیند و فضای مورد نیاز نسبت به سایر روش ها دارند.
در این طرح فلاکس جذب و حذف دی اکسید کربن با استفاده از نانوسیالات TiO2 و به کمک غشای الیاف تو خالی پلی پروپیلن - PP - به طریق تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. عواملی همچون دبی های متفاوت ورودی مایع و گاز، ترکیب درصد ورودی دی اکسید کربن، دمای مایع، میزان درصد وزنی نانو نانوذرات و هم چنین اثر اندازه نانوذرات در میزان جداسازی مورد بررسی قرار می گیرد. ،باافزایش دبی مایع جاذب، شاهد افزایش درصد حذف کرین دی اکسید و فلاکس جذب نسبت به آب مقطر بودیم.
.1 مقدمه
یکی از بزرگترین مسائل زیست محیطی جهان، افزایش بیش از حد گازهای گلخانه ای می باشد. در بین گازهای گلخانه ای دی اکسید کربن به دلیل دارا بودن بالاترین زمان ماند و بیشترین مقدار در اتمسفر مهمترین گاز گلخانه ای محسوب می شود. تولیدگازدیاکسید کربن به ویژه درکشورهای درحال توسعه به دلیل مصرف بیش ازحدسوخت های فسیلی روندروبه رشدی دارد. تخمین زده می شود نیروگاههای فسیلی زغال سنگ مهمترین منابع تولید دی اکسیدکربن اثرگازهای گلخانهای را %07 افزایش دهند.
این آلایندهها برای محیط وسلامت انسان مضربوده وبایستی کنترل وحذف گردند. همچنین برای کنترل خوردگی خط لوله ها،جلوگیری از مسموم شدن کاتالیستها،کاهش ریزش باران های اسیدی اهمیت ویژه ای دارد. روش های متعددی جهت جداسازی دی اکسید کربن توسط محققین مختلف تاکنون ارائه شده است این روش ها شامل جذب فیزیکی، جذب به وسیله محلول های شیمیایی، جداسازی بوسیله غشاء و چندین فرآیند دیگر می بیشترین شیوه های جداسازی دی اکسید کربن بر اساس جذب فیزیکی یا شیمیایی این ماده در یک حلال مناسب باشد استواراست.
از آنجایی که در جذب فیزیکی راندمان عمل بستگی زیادی به مقدار دی اکسید کربن در گاز ورودی به فرآیند دارد و با کاهش مقدار دی اکسید کربن میزان جذب کاهش پیدا می کند، از این روش نمی توان به طور موثر برای جداسازی دی اکسید کربن از هوا که مقدار آنغالباً از حداکثر چند صدم درصد تجاوز نمی کند استفاده کرد.
یکی از موارد حائز اهمیت در طراحی و عملکرد دستگاه ها کاهش اندازه، انرژی مصرفی و افزایش راندمان است. با به کارگیری نانو سیالات، نوآوری جدیدی در پدیده های انتقال به وجود آمده است که سبب حصول نتایج مطلوب در راستای تامین خواست مذکور شده است.
پروژه حاضر پروژهای مبتنی بر دادههای آزمایشگاهی میباشد که در اثر انجام آزمایشات متعدد بدست آمده است به همین خاطر برای حصول به نتایج قابل اطمینان و کم کردن خطاهای ناشی از انجام آزمایشات و رسیدن به هدف نهایی پروژه، دقت در انتخاب مواد، تجهیزات و روش انجام آزمایش بسیار مهم و حیاتی به نظر میرسد، لذا بعد از بررسیهای متعدد مقالات و مشاوره با اساتید و متخصصان فن در این حوزه سعی شد بهترین مواد و تجهیزات آزمایشگاهی تهیه و گردآوری شود و در ستاپ کار مورد استفاده قرار گیرد تا ما را در پیشبرد هر چه بیشتر اهداف پروژه یاری کند.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
ایده جذب گاز دی اکسیدکربن با استفاده از حلال شیمیایی در غشاهای الیاف توخالی، اولین بار توسط کی کاسلردر سال 1891 مطرح شد
کرولن و همکارانش جذب شیمیایی دی اکسیدکربن در مخلوط آب و گلیسرول را بررسی کردند. . کی و کاسلر تئوری استفاده از غشاهای الیاف توخالی تماس دهنده دوفاز را توسعه داده و ضرایب انتقال جرم در فاز مایع را محاسبه کردند.
اما به تازگی کیم و همکاران در سال 2779 از نانو ذرات سیلیکا به همراه آب جهت جذب کربن دی اکسید استفاده کرده اند. این نتایج بیانگر افزایش % 08 در شار انتقال جرم و افزایش % 22 در مقدار کلی انتقال جرم است
گلخوار و همکاران [2] گزارش کردند که با افزودن 7/71 درصد وزنی نانوذرات سیلیکا به آب در میزان جریان پایین مایع، درصد حذف کربن دی اکسید %27 نسبت به آب و برای نرخ جریان بالای مایع %8 می باشد.
منصوری زاده و همکاران برای CO2 خالص بر این باورند که مقاومت فاز گاز قابل اغماض است و سرعت جریان گاز تاثیری بر شار CO2 ندارد اما برای مخلوط گاز و جذب شیمیایی، این میزان افزایش پیدا می کند.
.3مواد وروش تحقیق
ماژول غشای الیاف توخالی:
این ماژول با مشخصات زیر توسط شرکت پارسیان پیشرو صنعت - پارس آدین - اصفهان تولید و تهیه شده است و تصاویر. اطلاعات مربوط به غشا و ماژول به ترتیب در جدول - 1 - و - 2 - آورده شده است.
جدول - 1 - مشخصات غشای مورد استفاده
جدول - 2 - مشخصات ماژول مورد استفاده
نانوذره دی اکسید تیتانیوم :
نانوسیالات از پراکندهسازی نانوذرات - کمتر از 177 نانومتر - در یک سیال پایه ایجاد میشوند. که توسط دستگاه التراسونیک همگن شده و به پایداری رسیده است. زمان پایداری این نانوذره بین 27 تا 27 دقیقه گزارش شد.
این نانو ذره از شرکت دگوسا آلمان است که اطلاعات مربوط به آن در جدول - 3 - آورده شدهاست.
جدول - 3 - مشخصات اکسید تیتانیوم
شرح فرآیند :
همانطور که در شکل - 1 - مشاهده میشود جریان گاز شامل گاز کربندیاکسید با فشار اولیه - فشار کپسول - 11 بار و گاز نیتروژن با فشار اولیه - فشار کپسول - 117 بار و کنترل دبی بوسیله رگلاتورهای دارای دبی سنج گاز، بعد از اختلاط و رسیدن به فشار 7/1 بار و کنترل فشار بوسیله فشارسنج از سمت پوسته وارد ماژول می شوند. از سمت دیگر جریان نانوسیال - جریان گرم - بعد از پمپ شدن و کنترل دبی آن توسط دبی سنج وارد مبدل حرارتی صفحهای شده و بعد از کنترل دمای ورودی توسط پرابهایی که در غلافهایی از جنس مس قرار داده شدهاند و در مسیر سیالهای ورودی و خروجی به مبدل قرار گرفتهاند و به نمایشگر ترمومتر متصل اند انجام میگیرد و از سمت دیگر مبدل و بعد از کنترل دمای خروجی توسط ترمومتر وارد فایبرهای ماژول میشوند و در تماس با جریان گاز قرار میگیرند. مولکولهای گاز در اثر پدیده نفوذ از طریق حفرات غشا به سمت جریان مایع حرکت میکنند
