بخشی از مقاله
چکیده
اخیراً افزایش بیرویه مصرف انرژی و انتشار آلایندههای حاصل از احتراق سوختهای فسیلی، تبدیل به مشکلات زیست محیطی در جهان شده است. طبق آمارهای موجود، بیش از 80 درصد این انتشار ناشی از سوخت های فسیلی می باشد، لذا جلوگیری از افزایش انتشار گازهای گلخانهای به ویژه گاز دیاکسیدکربن، به دغدغهای مهم در صنایع مبدل گردیده است.
در سالهای اخیر استفاده از غشای فیبری توخالی پتانسیل بالایی برای جایگزینی روشهای متداول جداسازی دیاکسیدکربن از جریانهای گازی نشان دادهاست. در این پژوهش، به بررسی جداسازی دی اکسید کربن با استفاده از غشای فیبری تو خالی توسط MDEA با کمک تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی پرداخته شده و پارامترهای موثر در این فرایند مورد ارزیابی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
انتشار گاز دیاکسیدکربن به عنوان یکی از گازهای گلخانه ای، نگرانی های جدی زیست محیطی را در جامعه جهانی سبب شده است. به خصوص در سال های اخیر جلسات متعددی جهت کنترل افزایش دمای زمین برگزار شده است. به عنوان نمونه، کشور چین به عنوان پرجمعیت ترین کشور جهان، نقش زیادی در انتشار این گاز داشته است. میزان انتشار دیاکسیدکربن در سال 2002 در کشور چین، حدود 3322 میلیون تن در سال تخمین زده شد .
بیش از 80 درصد این انتشار ناشی از سوخت های فسیلی می باشد.>2@ از این رو محفوظ نگه داشتن دیاکسیدکربن از گازهای خروجی از دودکش های صنعتی یکی از راه های موثر جهت ممانعت از انتشار محسوب می گردد. تکنیک های متععدی همچون جذب فیزیکی، جذب سطحی، جداسازی غشایی و تقطیر برودتی جهت جداسازی این گاز پیشنهاد شده است.
جداسازی غشایی روشی است که هم به لحظ انرژی و هم راه اندازی به صرفه است و معایبی چون کانالیزه شدن، سیال شدگی و کف کردن را دارا نیست .>4@ با توجه به اهمیت این مسئله، آزمایش ها ها و مدلسازی های متعددی در این زمینه صورت گرفته است. این مدلسازی ها به منظور پیش بینی عملکرد فرایند و بررسی پارامترهای موثر انجام شده است.
کیم و یانگ >5@ از غشای پلیمری متخلخل برای جدا کردن دیاکسیدکربن از یک مخلوط دوتایی استفاده کردند. کیو و کاسلر>6@ اولین محققانی بودند که غشاء میکرو متخلخل پلی پروپیلن و هیدروکسیدسدیم را به عنوان حلال جاذب برای جذب دیاکسیدکربن از جریان گاز را مدل کردند. ژو و لو [7]نیز مدلسازی جذب دیاکسیدکربن را با کمک آلکانوآمین مورد بررسی قرار دادند.
متیل دی اتانول آمین که با نام اختصاری MDEA شناخته می شود یکی از آمین های جدید است که در جداسازی دیاکسیدکربن در صنایع کاربرد فراوان دارد. استفاده از آمینها بر پایه MDEA به نسبت سایر مواد مانند DEA و MEA ضمن کاهش مصرف انرژی به دلیل خورندگی کمتر باعث افزایش طول عمر تجهیزات می شود و سازگاری بیشتری با محیط زیست دارد.
فرمول شیمیایی این ماده CH3N - C2H4OH - 2 می باشد. شکل ظاهری بی رنگ است. این ماده به لحاظ شیمیایی پایدار است و بدون اینکه تجزیه شود می تواند تا نقطه جوش گرم شود .>8@ از این رو با توجه به نکات ذکر شده، در این مطالعه جداسازی دیاکسیدکربن با استفاده از غشای فیبری تو خالی توسط MDEA با روش تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی انجام پذیرفته است. هندسه ای از تماس دهنده غشایی فیبر توخالی در شکل1 نشان داده شده است.
-2 معادلات حاکم
در این مطالعه، یک مدل جامع انتقال جرم دو بعدی، جهت حذف CO2 از مخلوط گازی از طریق غشاء با استفاده از جاذب MDEA - متیل دی اتانول آمین - توسعه داده شده است. برای حذف دی اکسید کربن از مخلوط گازی از یک تماس دهنده پلی پروپیلنی استفاده شده است. به طوری که دیاکسیدکربن در پوسته و سیال جاذب متیل دی اتانول آمین در لوله جریان دارند.
جریان مخلوط گازی حاوی دیاکسیدکربن و نیتروژن، از بالا وارد ماژول تماس دهنده در سمت پوسته می شوند و جریان مایع جاذب، از پایین وارد ماژول تماس دهنده در سمت لوله می شود. برای پیش بینی انتقال دیاکسیدکربن از طریق تماسدهنده غشایی فیبر توخالی در فرآیندهای جذب، مدل انتقال، توسعه داده شده است. فرضیات مدل عبارتند از: شرایط حالت پایا و همدما، توسعهیافتگی کامل سرعت سیال مایع در فیبر توخالی، ایده آل بودن گاز، مفروض گرفته شدن قانون هنری برای فصل مشترک گاز-مایع و جریان آرام برای تماس دهنده گاز و مایع و در نهایت حالت غیر مرطوب برای مخلوط گازی فرض شده است.
