بخشی از مقاله
چکیده
دی اکسید کربن به عنوان یکی از مهم ترین عوامل گرم شدن کره ی زمین می باشد. عمده ترین منابع انتشار این گاز سوخت های فسیلی، گاز طبیعی و گازهای خروجی از پالایشگاهها است. لذا جداسازی این گاز برای جلوگیری از گسترش آن در اتمسفر لازم و ضروری است. هدف اصلی از این تحقیق، جذب دی اکسید کربن از مخلوط گازی COR2R/NR2R در تماس دهنده ی غشایی فیبر توخالی پلی پرپروپیلن با استفاده از محلول های آبی -Nمتیل دی اتانول آمین - MDEA - و -2آمین--2متیل--1پروپانول - AMP - است.
مدلی دو بعدی به منظور شبیه سازی دفع دی اکسید کربن توسط محلول های آبی AMP و MDEA در تماس دهنده ی غشایی فیبر توخالی و در حالت کاملا مرطوب و در شرایطی که واکنش شیمیایی صورت می گیرد برای هر سه قسمت پوسته، غشا و مجرا ارائه گردیده که در آن از هر دو ترم نفوذ محوری و شعاعی استفاده شده است.
در این مدل سازی گاز از درون پوسته و مایع از درون مجرا به صورت جریان متقاطع عبور داده می شود. تاثیر پارامتر هایی همچون :تعداد فیبرهای غشایی، دبی جریان گاز، دبی جریان مایع و غلظت حلال شیمیایی در میزان جذب دی اکسید کربن مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج حاصل از مدلسازی نشان می دهد که درصد جذب دی اکسید کربن با محلول آبی AMP از محلول آبی MDEA بیشتر است. همچنین این شبیه سازی نشان می دهد که افزایش غلظت محلول آمین، دبی مایع و تعداد فیبر غشایی به کار گرفته شده باعث جذب هر چه بیشتر دی اکسید کربن می شود اما کاهش دبی جریان گاز به علت افزایش زمان تماس آن با غشا، باعث افزایش جذب می شود.
-1 مقدمه
در گذشته انرژی مورد نیاز صنایع بیشتر از سوخت های فسیلی همچون زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تهیه می گردید. لذا میتوان نتیجه گرفت که این صنایع سهم قابلتوجهی در انتشار گازهای گلخانهای دارند . .[1] گازهایی که در اثر مصرف سوختهای فسیلی تولید شدهاند، شامل گازهای نیتروژن، اکسیژن، بخار آب، دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن دار و مقادیر کمی اسید کلریدریک است. .[2] که در میان این گازها، دو گاز نیتروژن و دی اکسید کربن از جمله مهم ترین آلاینده های گلخانه ای بشمار می روند.
دی اکسید کربن به عنوان یکی از مهم ترین عوامل گرم شدن کره ی زمین و آلاینده گلخانه ای به شمار می رود. یکی از فرایند های کاربردی در صنایع شیمایی فرایند جداسازی می باشد. امروزه راه های مختلفی برای جلوگیری از گسترش دی اکسید کربن در اتمسفر وجود دارد، در این مورد می توان به روش هایی همچون: جذب شیمیایی، جذب فیزیکی، جذب سطحی با نوسان فشاری و دمایی و تقطیر برودتی اشاره نمود.
در فرایند جذب شیمیایی که بیشتر در صنایع کاربرد دارد از آلکوآمین هایی همچون منواتانول، دی اتانول آمین، تری اتانول آمین و متیل دی اتانول آمین در برج های جذب استفاده می شود 3]و.[4 در این راستا، غشاها برای جداسازی گونه های مختلفی از مواد در حالات مایع و گاز توسعه یافته اند. امروزه استفاده از فرایندهای جداسازی غشایی در صنایع پتروشیمی، غذایی و داروسازی،زیست فناوری و در بسیاری از کاربردهای زیست محیطی، شامل تصفیه هوا و آب های آلوده رشد روز افزونی پیدا کرده است
مهم ترین مزیت فرایندهای جداسازی غشایی در مقابل فرآیندهای دیگر - جذب سطحی، جذب، تقطیر و... - عبارت است از :
الف - از لحاظ اقتصادی : - 1 کم شدن مصرف انرژی - 2 کم شدن کل هزینه ی سرمایه گذاری
ب - از لحاظ فرآیندی: - 1 ساده شدن تجهیزات مورد استفاده - 2 سهولت کار با آن - 3 کم شدن حجم فیزکی تجهیزات
بر طبق تعریف غشاء فاز تراوا یا نیمه تراوایی است که اغلب به حالت یک فیلم نازک از مواد گوناگون - در محدوده جامدات معدنی تا انواع مختلفی از پلیمرها - ساخته می شود. نقش اصلی غشاء کنترل تبادل مواد بین دو فاز سیال مجاور هم می باشد. بدین منظور غشاء باید قادر به ایفای نقش مانعی باشد که اجزاء مختلف را از یکدیگر بوسیله غربال کردن و یا بوسیله کنترل سرعت نسبی عبور از خودش، جدا می کند.
از مهمترین فرایند های غشایی در حوزه جداسازی گاز، می توان به جداسازی گازهای اسیدی ، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن از جریانات گازی اشاره نمود. در فرایندهای غشایی، جزئی از خوراک که از غشا عبور می کند به نام تراوش کردهنام دارد و بخشی که از غشا عبور نمی کند نگه داشته نامیده می گردد. در حالت کلی جداسازی به روش غشایی زمانی که غلظت مواد کم باشد، کارایی زیادتری دارند.
مقایسه ی غشاها با تجهیزاتی همچون برج های پر شده ویا برج های حبابی به منظور جذب دی اکسید کربن نشان می دهد که غشاها دارای نسبت سطح جذب به حجم زیادتر، انعطاف پذیری بیشتر می باشند .[7] علاوه بر آن، ستونهای جذب رایج دارای نواقص بسیاری مانند کانالسازی، کفسازی، سیل، قیمت عملیاتی بالا و هزینه زیاد است
در این مقاله جذب دی اکسید کربن از مخلوط گازی COR2R/NR2R توسط تماس دهنده ی غشایی فیبر توخالی پلی پروپیلن در حضور آمین های MDEA و AMP بر مبنای حالت کاملا مرطوب و در حالتی که واکنش شیمیایی صورت می گیرد برای سه قسمت پوسته، غشا و مجرا مدل سازی شده است . همچنین اثر پارامتر های مختلف بر روی میزان جذب دی اکسید کربن نیز بررسی گردیده است.
-2 مدل سازی ریاضی
جهت مدل سازی ریاضی جدا سازی گاز دی اکسید کربن از مخلوط گازی از یک مدل دو بعدی استفاده گردید. جهت حل این مدل سازی از فرضیاتی استفاده شده است . این فرضیات عبار است از:
-1 در سطح تماس بین غشا و پوسته قانون هنری برقرار است .
-2 شرایط پایاست .
- 3 پروفایل سرعت برای فاز گازی در پوسته و برای فاز مایع در مجرا به طور کامل گسترشیافته در نظر گرفته میشود.
- 4 گاز به صورت ایده آل در نظر گرفته میشود.
-5 جریان مایع و گاز آرام است. معادلات حاکم بر یک تماس دهندهی غشایی فیبر توخالی که در شکل - 1 - نشان داده شده است، نوشته میشود.
شکل :1 شماتیکی از تماس دهندهی غشایی فیبر تو خالی
-1-2 مدلسازی قسمت مجرا
در این قسمت نیز معادلات حاکم برای حل شونده و حلال به صورت زیر است:
در این جا فرض شده است که توزیع سرعت در داخل مجرا از جریان آرام نیوتن پیروی میکند
-2-2 مدلسازی قسمت غشا
در قسمت غشا، مکانیسم جریان نفوذی حاکم است.
