بخشی از مقاله
خلاصه
در این مطالعه اعمال و حل یک مدل انتقال جرم محاسباتی به منظور شبیه سازی جذب در تماس دهنده غشایی برای جداسازی CO2 و H2S انجام شده است . این مدل جذب غشایی قادر به محاسبه شار انتقال جرم و همچنین توزیع غلظت اجزاء می باشد. نفوذ شعاعی و محوری درون فیبر، غشاء و سمت پوسته تماس دهنده محاسبه و بررسی شده است. اثر شرایط عملیاتی مثل سرعت مایع، سرعت گاز، دما و فشار تحلیل شده است و نحوه توزیع غلظت درون فیبر، غشاء و سمت پوسته بررسی شده است.
از داده های تجربی جذب فیزیکی اجزاء خالص گزارش شده در مراجع ، به منظور آزمودن درستی حل مدل استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که مدل با مطابقت مناسبی قادر به پیش بینی انتقال جرم و هیدرودینامیک تماس دهنده های غشایی می باشد. مشاهده گردید که عمق رسوخ در جهت شعاعی در جاذب با توجه به ضریب نفوذ، سرعت جاذب و شعاع فیبر تغییر می کند . از بررسی ماهیت جریان در منافذ غشاء متخلخل مشخص شد که هر دو نوع جریان ویسکوز و نودسن نقش دارند.
علاوه بر این ضریب توزیع مهم ترین پارامتر در جذب فیزیکی در اکسید کربن در جاذب های آلی می باشد. از نتایج شبیه سازی اثبات می شود که توزیع غلظت CO2 و H2S در جریان گاز به صورت قالبی می باشد در حالی که در فاز مایع شدیداً متأثر از غلظت فصل مشترک و ضریب نفوذ است. علاوه بر این در فشارهای عملیاتی بالای 10 اتمسفر حتی در دبی های متانول پایین درصد حذف برای H2S تقریبا کامل است. در صورتی که مقدار آن در فشار اتمسفری حدود %30 است. همچنین درصد جداسازی با افزایش دما کاهش می یابد و این کاهش برای H2S شدیدتر است.
.1 مقدمه
تماس دهنده های غشایی گروه منحصر به فردی از روش های انتقال جرم و جداسازی را شامل می شوند که به واسطه ی تلاش های آکادمیک رشد و توسعه یافته اند و به وسیله صنایع و حوزه های بازاریابی مختلف، کاربردهای تجاری نیز یافته اند. سال ها تحقیق و مطالعات پژوهشگران روی تکنولوژی تماس دهنده غشایی، باعث به دست آمدن طیف وسیعی از اطلاعات و کاربردها، برای این تکنولوژی شده است.
صنایعی که از مزایای این تکنولوژی سود جسته اند شامل داروسازی، بیوتکنولوژی، نیمه رساناها و الکترونیک، صنایع غذایی و نوشیدنی، محیط زیست و دیگر فرآیندهای ویژه که کاربردهای جدیدی از این تکنولوژی در آن ها استفاده شده است، می باشند. البته ذکر کردن همه کارهای انجام شده در این جا غیر ممکن است و در اینجا بخش کوچکی از کاربردهای ثبت شده و حوزه گسترش این تکنولوژی ارائه می شود و بیشتر روی موضوع این پژوهش یعنی تماس دهنده های غشایی گاز - مایع متمرکز می شویم.[1]
.2 پیشینه تحقیق
نخستین کاربرد غشا ریز منفذ به عنوان تماس دهنده غشایی گاز - مایع در اکسیژناتور خون با غشای آب گری مسطح بود.[2] دور نمای تاریخی از روش جداسازی محلول آبی-آلی به وسیله تماس دهنده های غشایی در مراجع [3] ارائه شده است. امکان استفاده از تماس دهنده های غشایی، از اواسط دهه 1980 تاکنون برای حوزه های کاربردی مختلفی مثل جداسازی اتانول از مواد تخمیر [4] ، استخراج یون های فلزی از ضایعات و جریان های صنعتی [5] بازیابی ترکیبات سولفور از فاضلاب صنایع غذایی[6] و جذب گاز [7] مطالعه شده است. کاربرد تماس دهنده های غشایی در جداسازی مایع-مایع در دو گروه طبقه بندی می شود:
-1 خارج کردن مواد نا مطلوب از آب
-2 بازیافت مواد با ارزش از آب اکثر کارهای انجام گرفته روی تماس دهنده های غشایی مایع-گاز نیز روی دو موضوع عمده بوده است:
-1 جداسازی، خالص سازی و تصفیه آب و محلول های آبی -2 جذب اجزاء گازی از هوا یا مخلوط های گازی برای خالص سازی یا باز سازی
.3 شبیه سازی
بررسی نتایج انتقال جرم در تحقیقات اولیه برای درک این تکنولوژی بسیار موثر است که در این قسمت سعی می گردد تا حد امکان به موارد مهم اشاره گردد. امکان استفاده صنعتی از غشاهای الیاف تو خالی به عنوان تماس دهنده غشایی گاز-مایع و نخستین بررسی های کامل در مورد جذب اجزاء گازی در یک مایع جاذب به وسیله تماس دهنده غشایی توسط کی و کاسلر [7] انجام شده است. پس از آن ها پژوهشگران بسیاری به بررسی غشا بر اساس این روش جذب برای حذف انواع ماده حل شده مانند و غیره با استفاده از حلال های واکنشی و غیر واکنشی پرداخته اند . گازهای اسیدی معمولا در جریان های گازی وجود دارند و جداسازی آن ها توسط تماس دهنده های غشایی مورد بررسی و تعادل قرار گرفته است.
حذف این گازها از جمله و از جریان های گازی ضروری است. گرچه ناخالصی های گازی گوناگون همچون را می توان با استفاده از این روش جدا کرد، اما دفع دی اکسید کربن از مخلوط های گاز، بنا به چندین دلیل، فرآیند صنعتی مهمی به شمار می آید و بیشتر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. جداسازی از جریان های گازی مخصوصا به منظور خالص سازی گاز طبیعی - شیرین سازی - ، حذف از گازهای دودکش، حذف از بیو گاز و جداسازی و تهیه برای افزایش بازیابی نفت انجام می گیرد. کاربردهای جدیدتر مثل حذف برای تهیه هوای قابل تنفس در کاربردهای زیستی نیر قابل ذکر است.
جذب انواع گازها در محیط اسیدی یا قلیایی با استفاده از مدول های فیبر تو خالی غشا، اولین بار توسط گروه کاسلر و همکارانش در سال 1985 برای کاربردهای صنعتی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به سطح تماس بالاتر در واحد حجم در مقایسه با برج های جذب متداول، آن ها به بررسی کردن احتمال اثرات منفی مقاومت اضافی غشا پرداختند. آن ها از غشا الیاف تو خالی پلی پروپلین آب گریز ریز منفذ برای جذب نمودن دی اکسید کربن در محلول هیدروکسید سدیم استفاده نمودند.
نتایج کار آن ها نشان داد سطح انتقال جرم در تماس دهنده های غشایی حتی در جریان بسیار اندک مایع، بدون تغییر باقی می ماند. با بررسی نمودن سیستم های مختلف شیمیایی، آن ها این را دریافتند که مقاومت غشایی برای جذب گاز در اسیدها و بازهای قوی مانند NH3 در ، یا در NaoH غالب می باشد. جذب در NaoH کمتر تحت تاثیر مقاومت غشایی قرار می گیرد زیرا واکنش شیمیایی آن بسیار آهسته است. آزمایشات انجام شده با جذب در برخی از محلول های آلکانولامین نشان می دهد که مقاومت مایع در این موارد برتری دارد.
