بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به نتایج شبیه سازی های انجام شده حلال متانول نسبت به بقیه حلال های فیزیکی قابل ملاحظه بود. هم چنین متانول دارای پایداری شیمیایی و حرارتی بالا، فشار بخار پایین و غیره خورنده است. علاوه بر این در مقادیر زیاد تولید و موجود می باشد. در ضمن متانول در مقایسه با حلال های فیزیکی دیگر دارای ویسکوزیته بسیار کمتر می باشد که باعث افزایش انتقال جرم و کاهش سطح غشاء لازم و هم چنین افت فشار کم در طول فیبر می شود.
لذا در این قسمت با توجه به نتایج شبیه سازی پتانسیل جاذب متانول در حذف همزمان CO2 و H2S در تماس دهنده های غشایی مورد ارزیابی قرار می گیرد. در مدول فعلی، گاز در قسمت خارجی لوله ها جریان پیدا می کند و مایع در قسمت داخل فیبر توخالی جریان دارد. مخلوط گازی متشکل از %10 CO2، %10H2S، %80 CH4 می باشد. در شکل های 1 و2 به ترتیب توزیع غلظت CO2 و H2S در فازهای گاز، غشاء و جاذب محاسبه و نشان داده شده 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 پایان نامه 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 غشا
ویژگی مواد غشایی تعیین می کند که سطح مشترک دو فاز کجا قرار می گیرد. برای یک غشای آب گریز، سطح مشترک در مجاورت دهانه روزنه در طرف آبی غشا می باشد. فشار مخالف در طرف آبی برای ممانعت از جریان یافتن فاز غیر آبی به فاز آبی به کار می رود.. بر اساس نوع غشاهای به کار رفته در تماس دهنده های غشایی، این دستگاه را می توان به طور گسترده در دو گروه اصلی طبقه بندی کرد :
-1تماس دهنده های غشایی ورقه مسطح
-2 تماس دهنده های غشایی فیبر تو خالی حفره ای غشا های ورق مسطح در تماس دهنده های غشایی پیچ حلزونی یا صفحه و قاب به کار می روند.[2] به طور کلی مدول هائی با غشاهای تخت به دلیل ساختمان آسان و جایگزینی سریع و ساده برای تست های آزمایشگاهی به کار برده می شود. گرچه، عملیات انتقال جرم با تاثیر و بازدهی یکسان و برابر را می توان با استفاده از کنتاکتورهای غشا ورق مسطح انجام داد، اما مزیت مهم تماس دهنده های غشایی الیاف توخالی این است که واحدهای فشرده با سطح انتقال جرم بسیار بالا می تواند تشکیل شود. این موضوع با مدول های غشا فیبر توخالی متحمل است هنگامی که تعداد زیادی از الیاف با هم دسته بندی می شوند تا یک مدول را با چگالی فشرده سازی معمول 40 تا 60 تشکیل دهند - نسبت سطح اشغال شده توسط الیاف به مساحت سطح مقطع مدول - . مدول ها معمولا طول 0/1-2 متر با قطر 5-20 برابر کوچکتر دارند.[3]
.3 شبیه سازی
این تحقیق بر جذب گاز فیزیکی مبتنی بر غشا توسط تماس دهنده های غشایی و بررسی عملکرد و تکنیک هایی برای ارتقاء عملکرد این فرآیند تمرکز خواهد کرد. به طور کلی، سرعت ویژه جذب در متانول در مقایسه با جاذب های شیمیایی، بسیار کمتر است. با وجود این، از آنجایی که، بارگیری حلال های فیزیکی با فشار جزیی تغییر می کند، آن ها می توانند ظرفیت بارگیری بالایی داشته باشند و احیاء مجدد متانول معمولا آسان و کم هزینه است.
تماس دهنده های غشایی ترکیبی از غشا و تکنولوژی جذب فیزیکی مرسوم است و بنابراین مزیت های غشا و نیز عملکرد خوب جذب می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. 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.
.4موازنه مواد
با موازنه مواد بر روی یک سیستم تماس دهنده غشایی معادلات اصلی برای مدل ریاضی تعیین می شوند. سه منطقه انتقال جرم در تماس دهنده غشایی وجود دارد که شامل فاز مایع، فاز گاز و غشاء می باشد. معادله های مدل نیز بر این اساس ایجاد شده است.
