بخشی از مقاله
خلاصه
در تماس دهنده های غشایی دو فاز در دو سمت یک غشاء متخلخل جریان می یابند و با کنترل اختلاف دو سمت، تماس بین دو فاز تنها در فصل مشترک ورودی منافذ غشاء صورت می گیرد. ضخامت غشاء بسته به نوع آن معمولا در محدوده 200-500 میکرومتر می باشد. هم چنین فرض می شود که جریان گاز غیر هم جهت با جریان مایع غیر جاذب است. مایع جاذب درون الیاف غشایی - لوله - وارد می شود و جریان گاز مورد تصفیه از روی لوله عبور می کند.
البته حالت های دیگری در شبیه سازی ها به کار گرفته شده اند ولی به دلیل سهولت تعمیم و ایجاد اختصار در این قسمت ذکر نشده اند. با توجه به حلالیت کم اجزاء در آب تغییر غلظت چندانی در فاز گاز حاصل نشده است. همین طور ملاحظه می گردد CO2 و H2S جذب شده در مایع با توجه به سرعت حرکت فاز مایع و ضریب نفوذ آن ها نتوانسته اند به صورت همگن توزیع شوند و لذا در جهت شعاعی دارای پروفیل غلظت هستیم.
.1 مقدمه
در نیمه دوم قرن بیستم، فرآیندهای غشایی به تدریج جایگاه خود را در کاربردهای صنعتی پیدا کرد و به عنوان یک روش جایگزین به جای اغلب فرآیندهای جداسازی متداول استفاده شد. فناوری جداسازی غشایی از مزایایی مانند: انرژی مصرف کمتر و هزینه سرمایه گذاری پایین تر نسبت به روش های معمول جداسازی، برخوردار است و علاوه بر سادگی فرآیند، به تجهیزات کم حجم تری نیاز دارد. [1] تماس دهنده های غشایی، تجهیزاتی هستند که بدون نیاز به تماس مستقیم فازها و اختلاط آن ها در یکدیگر امکان انتقال جرم را فراهم می آورند.
در این سیستم ها از یک غشاء متخلخل به عنوان حایل بین دو فاز استفاده می شود و فازهای گاز و مایع جاذب در دو سمت غشاء جریان می یابند.[2] در این مطالعه اعمال و حل یک مدل انتقال جرم محاسباتی به منظور شبیه سازی جذب در تماس دهنده غشایی برای جداسازی و 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.
.2 کاربردهای تماس دهنده های غشایی
در استانداردهای تجاری، تکنولوژی تماس دهنده های غشایی نقش بسیار مهم تری در مقایسه با دیگر تکنولوژی جداسازی مثل روش اسمز معکوس1 فیلتراسیون غشایی1، جدا کننده های غشایی گاز2، دیالیز نفوذی3 و الکترودیالیز4 ایفا می کنند. با این وجود، تماس دهنده های غشایی با انواع دیگر وسایل غشایی رقابت نمی کنند و با آن ها در یک کلاس مقایسه نمی شوند چرا که توانایی ها و مزایای آن ها با دیگر وسایل غشایی متفاوت است.[3]
به رغم ایده قدیمی تر غشاها به عنوان محیطی برای انجام دادن جداسازی به دلیل گزینش پذیری آن ها مورد استفاده قرار می گیرند ولی در تماس دهنده های غشایی کاربرد غشاها برای تماس مستقیم 2 فاز امتزاج ناپذیر هم چون گاز و مایع، بدون پراکنده ساختن یک فاز در دیگری، یک راه کار نسبتا جدید است. ظاهرا تماس دهنده های غشایی شبیه انواع دیگر فرایند های غشایی به نظر می آیند اما در کاربرد آن ها تفاوت بسیاری وجود دارد. آن ها اغلب غیر انتخابی و ریز منفذ هستند. کارآیی این سیستم ها تا حدود زیادی وابسته به خصوصیات ساختاری و ویژگی های غشا می باشد . خصوصیات اصلی غشا که در میزان انتقال جرم تاثیر گذار است شامل تخلخل، سایز حفرات، ضخامت غشا، درصد آب دوستی غشا، فشار، پایداری و مقاومت حرارتی، مکانیک و شیمیایی غشا می باشد. .[4]
.3 شبیه سازی
برای شبیه سازی و پیش بینی عملکرد تماس دهنده های غشایی، یک مدل دقیق مبتنی بر موازنه های جرم دیفرانسیلی لازم است. فرضیات مناسب و ساده سازی ها ممکن است بر اساس نتیجه گیری های آزمایشی و یا تحقیقی باشد. هدف، ایجاد یک مدل پیشگو به منظور شبیه سازی عملیات در یک مقیاس آزمایشگاهی است. این مدل شامل بخش های فاز گاز، محیط غشاء و فاز مایع جاذب می باشد. شیمی سیستم، مستلزم یک سیستم، سنتیکی برای جذب است و در ضمن برای پیش بینی ویژگی های فیزیکی سیستم مجموعه ای از پارامترها فیزیکی لازم است.
در این جا مدل سازی انجام شده به منظور شبیه سازی تماس دهنده های غشایی در جداسازی CO2 از جریان گاز به همراه معادلات حاکم، شرایط مرزی، فرضیات مربوط شرح داده می شود. وجود واکنش با حلال و نفوذ اجزاء در سرتاسر سه فاز - فاز گاز، روزنه ها در غشاء و فازحلال - و اثر تعادل در فصل مشترک با اثرات اندازه حرکت جریان سیال - ممنتوم - و به صورت درونی و بیرونی برای فیبر تو خالی و تعیین مشخصات فرآیند، پیچیدگی را افزایش می دهد. به علت پیچیدگی در سطح بنیادی، بسیاری از کاربران از تئوری ساده شده فرآیند و داده های تجربی برای مدل سازی و شبیه سازی فرآینده استفاده کرده اند.
در شکل 1 جریان سیال جریان متقابل تماس دهنده غشایی فیبر تو خالی نشان داده شده است. در تماس دهنده های غشایی دو فاز در دو سمت یک غشاء متخلخل جریان می یابند و با کنترل اختلاف دو سمت، تماس بین دو فاز تنها در فصل مشترک ورودی منافذ غشاء صورت می گیرد. ضخامت غشاء بسته به نوع آن معمولا در محدوده 200-500 میکرومتر می باشد. هم چنین فرض می شود که جریان گاز غیر هم جهت با جریان مایع غیر جاذب است. مایع جاذب درون الیاف غشایی - لوله - وارد می شود و جریان گاز مورد تصفیه از روی لوله عبور می کند. البته حالت های دیگری در شبیه سازی ها به کار گرفته شده اند ولی به دلیل سهولت تعمیم و ایجاد اختصار در این فصل ذکر نشده اند.
