بخشی از مقاله
چکیده
هدف این پژوهش، شبیه سازی جذب سطحی ناخالصی اتیل استات در شرایط فوق بحرانی روی کربن فعال است که به صورت یک مدل ریاضی بتواند اثر عامل فشار را روی بازده جذب نشان دهد. موازنه جرم بر روی سیستم جذب به یک معادله دیفرانسیل جزیی ختم شده که در نهایت معادله دیفرانسیل حاصل به روش تفاضل های محدود غیرصریح و به وسیله نرم افزار متلب حل شد.
نتایج حاصل از مدل با نتایج تجربی موجود تطابق قابل قبولی نشان داد. مدل پیشنهادی در بردارنده مرحله جذب سطحی و همچنین مراحل انتقال جرم است. نمودارهای حاصل از این مدلسازی نشان می دهد که با افزایش زمان غلظت اتیل استات در جاذب در طول بستر افزایش می یابد. همچنین با افزایش فشار در طول زمان غلظت اتیل استات در جاذب افزایش می یابد.
-1 مقدمه
مخلوط های شکل گرفته توسط دی اکسید کربن فوق بحرانی و حلال های آلی همانند اتیل استات به دلیل مزایایی که دی اکسید کربن نسبت به حلال های آلی معمولی و کاربردی که در فن آوری های متعدد دارد باعث شده است در سال های اخیر مورد توجه قرار گیرد.دی اکسید کربن بدلیل اینکه یک گاز غیر سمی، کم هزینه، غیر قابل اشتعال است و همچنین باعث می شود که عملیات موردنظر در دماهای پایین و فشار متوسط انجام می شود، برای سیالات فوق بحرانی معمولا بیشتر استفاده می شود .[1]
این سیالات می توانند به عنوان یک حلال استخراج کننده در فرایندهای جداسازی مخلو ط های چندجزیی به کار روند که به طور معمول این استخراج در دما و فشاری بالاتر از مقادیر دما و فشار بحرانی حلال انجام می گیرد. مخلوط های تغییرشکل یافته به وسیله دی اکسید کربن فوق بحرانی و اتیل استات برای املاح میکرونی مانند پلیمرها،مواد دارویی،ابررساناها،مواد منفجره و رنگ مورد استفاده قرار می گیرند . [2-5]
وقتی سیال فوق بحرانی در حلال مایع آلی حل می شود یک انبساط حجمی اتفاق می افتد و این سیال فوق بحرانی برای املاحی که رسوب های میکرو و نانو دارند یک حلال به حساب می آید. میگوئل و همکارانش [6]، دی زوردی و همکارانش[7] و چن و همکارانش[8] از حلال های اتیل استات برای رسوب های استفاده کرده اند.[10-9] دانسیته سیال فوق بحرانی شبیه به مایعات و ویسکوزیته و ضریب نفوذ آن شبیه به گازها می باشد .[3] گازها در شرایط فوق بحرانی به دلیل افزایش چگالی و کاهش ضریب نفوذ به قابلیت انحلال بسیار خوبی برای مواد مختلف سنگین تر تبدیل می شوند. پس از انحلال برای جدا کردن ماده حل شده از حلال فوق بحرانی، لازم است فشار کاهش یابد.
اما چنانچه بتوان ماده حل شده را توسط عملیات جذب سطحی در همان شرایط فشار و دمای فوق بحرانی جذب کرد و از حلال جدا کرد، دیگر نیازی به تغییر فشار سیستم نیست و به این وسیله بدون تغییر فشار و دما، حلال فوق بحرانی بازیابی شده و مورد استفاده قرار می گیرد به طور کلی، مدلهای ارائه شده بر مبنای موازنه دیفرانسیلی جرم در طول بستر جذب سطحی پایه گذاری شده که می توان با ساده سازی، معادلات حاصل از این مدلسازی ها را با روش های تحلیلی حل کرد.[11] هدف این پژوهش، بررسی جذب سطحی ناخالصی اتیل استات در شرایط فوق بحرانی روی کربن فعال است که به صورت یک مدل ریاضی بتواند اثر عامل فشار را روی بازده جذب نشان دهد. در نهایت نتایج مدلسازی و داده های تجربی قبلی مورد مقایسه قرار گرفتند.
-2مدل سازی ریاضی
موازنه جرمی در شرایط غیر یکنواخت ما را به یک معادله دیفرانسیل جزیی می رساند . سپس معادله دیفرانسیل حاصل به .×روش تفاضل های محدود غیرصریح حل شده است.
✓ فرضیات مدل سازی
-1انتقال جرم از توده فاز سیال - دی اکسیدکربن فوق بحرانی - به سطح جاذب جامد، با در نظر گرفتن ضریب انتقال جرم × فیلمی انجام می شود.
-2 پراکندگی محوری در بستر، با در نظر گرفتن ضریب مؤثر پراکندگی محوری انجام می شود.
-3 جذب / دفع سطحی، با در نظر ثابت های جذب و دفع انجام می شود.
- 3 مدلسازی بستر
-4حل عددی
بنابراین معادله حاکم همراه با شرایط مرزی و اولیه لازم، حل می شود تا غلظت به صورت تابعی از زمان ومکان به دست آید.به ×روش تفاضل های محدود غیرصریح انجام شده است.و به وسیله نرم افزار متلب حل شد.
-1-4 تغییرات غلظت اتیل استات در جاذب در طول بستر
از آنجا که امکان اندازه گیری غلظت حل شونده در داخل بستر های ثابت بسیار کم است, بنابراین غلظت به طور معمول در خروجی بستر اندازه گیری شده است.وقتی غلظت در خروجی به نقطه مشخصی به نام نقطه شکست رسید,جریان متوقف شده و به بستری از جاذب تازه فرستاده می شود. همانطور که از شکل - 1 - ملاحظه می شود با افزایش زمان غلظت جاذب در طول بستر افزایش می یابد.
