دانلود مقاله مدلسازی استخراج فوق بحرانی

word قابل ویرایش
6 صفحه
5700 تومان

برخی از منابع:

[۱] Goodarznia, Iraj., Eikani, Mohammad H. , “ Supercritical carbon dioxide extraction of essential oils : Modeling and simulation” , Chemical Engineering Science , Vol.53 , No.7 , pp. 1387-1395 , 1998.

[۲] Berna, A. , Tarrega, A. , Blasco, M. , Subirats, S. , “Supercritical extraction of essential oil from orange peel ; effect of the height of the bed” , Journal of Supercritical Fluids , Vol.18, pp.227-237, 2000.

[۳] Sanchez-Vicente, Yolanda , Cabanas, Albertina , Renuncio,Juan A.R , Pando,Concepcion , “ Supercritical fluid extraction of peach seed oil using carbon dioxide and ethanol “, J. of Supercritical Fluids, Vol.49 , PP.167-173,2009.

[۴] Grosso, C., Coelho, J.P., Pessoa, F.L.P, Fareleira, J.M.N.A., Barroso, J.G., Urieta, J.S., Palavra, A.F., Sovova, H., “Mathematical modeling of supercritical extraction of volatile oils from aromatic plants” , Chemical Engineering Science , vol.65 , pp.3579-3590 , 2010.

مقدمه
استخراج با سیال فوق بحرانی ، تکنیک جدید و قدرتمندی در زمینه جداسازی می باشد که بر پایه توانایی بالای حـلال فوق بحرانی است [١] . دانسیته و ویسکوزیته سیالات فوق بحرانی بین حالات گاز و مایع است . به علاوه ضریب نفـوذ آن هـا از مایعات بیشتر می باشد و در نتیجه سرعت انحلال و در پی آن بازده استخراج را افزایش می دهند . همچنین ویژگی های آن ها با شرایط عملیاتی ( دما و فشار ) قابل تغییر می باشد [٢] . یکی از این سیالات دی اکسید کـربن مـی باشـد کـه غیـر سـمی و غیرقابل اشتعال بوده و دارای ثوابت بحرانی پایینی می باشد (c ٣١ وMpa ٧.٣٨) [٣] . برخی از مزایای استخراج فوق بحرانی عبارتست از : دمای پایین ، زمان کوتاه فرایند به علت ضریب نفوذ بالای سیال فوق بحرانی ، سـرعت انتقـال جـرم بـالا ، عـدم مصرف حلال های سمی ،کیفیت بالای محصول نهایی به دلیل عاری بودن محصول از حـلال [۴] . تجهیـزات مـورد نیـاز ایـن فرایند به دلیل فشار بالا گران تر از فرایندهای مرسوم جداسازی می باشـد . امـا هزینـه هـای عملیـاتی معمـولا کمتـر اسـت ، بنابراین اگر فرایند در شرایط بهینه صورت گیرد ، هزینه های کلی را می توان کاهش داد .. استخراج اسانس و روغن هـای فـرار از گیاهان با استفاده از دی اکسیدکربن فوق بحرانی ، یکی از کاربردهای استخراج فوق بحرانـی مـی باشـد کـه دمـای عملیـاتی پایین و فضای کمی نیاز دارد [۵].
مدل های ریاضی بسیاری برای تفسیر استخراج فوق بحرانی اسانس ها در مقالات پیشنهاد شده است که ابـزار مناسـبی برای طراحی ، بهبود و افزایش مقیاس ایـن فراینـدها از آزمایشـگاه بـه مقیـاس پـایلوت و صـنعت مـی باشـد . در مـدل هـای تجربی ،پارامترهای مربوطه دارای مفهوم فیزیکی نبوده و برای افزایش مقیاس مناسب نمی باشد . مدل هایی که بر اساس تشـابه حرارتی هستند ، تنها مقاومت انتقال جرم داخلی را در نظر می گیرد، بنابراین دارای خطا می باشـد . مـدل شـبه پایـای جمـع شدن هسته فرض می کند که حل شونده در داخل حفره های ذرات جامد ذخیره می شود و مرز مشخصـی بـا ناحیـه خـارجی ایجاد می کند . مدل هایی که براساس موازنه جرم دیفرانسیلی هستند ، مفهوم فیزیکی قوی تری دارند . این مـدل هـا ویژگـی های ماتریکس گیاه را در نظر می گیرند و حاوی روابط تعادل و مکانیزم های انتقال جرم می باشند [۴].
هدف از این مقاله ، مدلسازی داده های آزمایشگاهی حاصله از استخراج روغن اسانس از پوسـت پرتقـال اسـت در ایـن تحقیق از مدل جدید و جامعی که بر اساس مفهوم سلول های سالم و شکسته است ، استفاده می شـود. در ایـن مـدل ، تعـادل فازی بخش اول استخراج را کنترل می کند که فاز سیالی که استخراج کننده را ترک می کند با فاز جامد در خروجی اسـتخراج کننده در تعادل است . در طی استخراج ، حل شونده به سطح ذره نفوذ می کند و نفوذ داخلی با ضریب انتقال جرم فـاز جامـد مدل می شود . دو ناحیه در ذره قابل تشخیص است . یک ناحیه در نزدیکی سطح که مربوط به سلول های شکسته است و یک ناحیه در هسته ذره که شامل سلول های سالم می باشد . الگوی جریان ایده آل در استخراج کننده ، جریان پـلاگ مـی باشـد .
در این مدل برهمکنش بین حل شونده و ماتریکس نیز در نظر گرفته می شود [۶] .
٢- مواد و روش آزمایشگاهی
در این تحقیق از داده های آزمایشگاهی به دست آمده توسط Berna و همکارانش [٢] استفاده شـده اسـت . آن هـا از حلال دی اکسیدکربن با خلوص ٩٩% و جریان kg/h ١ در مقیاس پایلوت استفاده کردند . شرایط عملیاتی عبارت بود از ٣١٣ کلوین و فشار ٢٠٠ بار. واحد پایلوت از استخراج کننده ی با دو واحد جداسازی سیکلون و دکانتور استفاده شد [٢] .
٣- مدلسازی
فرضیات مدل عبارتند از :١- حل شونده در ذرات جامد ، یکنواخـت توزیـع شـده اسـت .٢- ذرات حـاوی سـلول هـای شکسته در نزدیکی سطح و سلول های سالم در هسته می باشد و کسر حجمی سلول های شکسته در ذرات را بازده آسیاب می نامند .٣- حل شونده در دسترس موجود در سلول های شکسته ، مستقیما وارد فاز سیال می شود ، در حالی که حل شونده در سلول های سالم ، ابتدا در سلول های شکسته نفوذ کرده و سپس وارد سیال می شود .۴- انتقال جرم از سلول های شکسته بـه حلال ، توسط ضریب انتقال جرم فاز سیال مشخص می شود که بزرگتر از ضریب انتقال جرم مربوط به نفوذ از سلول های سالم به شکسته است . ۵- کاهش جامد در طی استخراج بر روی ویژگی های بستر استخراج ، کسر خـالی و مسـاحت تـاثیری نمـی گذارد و همچنین دانسیته سیال در طی حل شدن حل شونده در آن ، تغییری نمی یابد . موازنـه جـرم در واحـد حجـم بسـتر استخراج برای جریان پلاگ نوشته می شود که شامل معادلات انتقال جرم حل شونده در فاز سیال ، فاز جامـد بـا سـلول هـای
شکسته و فاز جامد با سلول های سالم است :

شرایط اولیه و مرزی، فلاکس سلولهای شکسته و حلال ، فلاکس سلولهای سالم و سلول های شکسته عبارتند از :

و منحنی استخراج از رابطه زیر محاسبه می شود :

برای تعادل بین فاز سیال و فاز جامدحاوی سلول های شکسته ،از تابع تعادل ناپیوسـته کـه توسـط [۵] .Perrut etal پیشنهاد شد ، استفاده می شود . قسمت های A-D ، غلظت های تعـادلی اولیـه را نشـان مـی دهنـد کـه چهـار نـوع منحنـی استخراج را مشخص می کنند .

ناپیوستگی در غلظت گذر رخ می دهد که برابر با ظرفیت برهمکنش ماتریکس با حـل شـونده اسـت . در غلظـت های جامد کمتر از Xt ، همه حل شونده با ماتریکس برهمکنش دارد و در غلظت هـای بیشـتر از Xt ، فـاز جامـد حـاوی حـل شونده آزاد می باشد . همچنین فرض می شود که تعادل بین سیال و جامد حاوی سلول های شکسته ، در طی اسـتخراج بـاقی مانده و دما وفشار قبل از شروع استخراج ثابت شده اند. از طرف دیگر ، غلظت در سلول هـای سـالم تـا زمـان شـروع اسـتخراج
تغییری نمی یابد و برابر با غلظت در ماده ای است که عملی روی آن صورت نگرفته است ( Xu ).

حال برای بی بعد سازی معادلات مدل از متغیرهای بی بعد استفاده می شود :

از طرفی موازنه جرم اولیه بی بعد به شکل زیر در می آید :

برای حل مدل با جریان پلاگ ، بستر پیوسته استخراج با مجموعه ای از میکسرها نشان داده می شود که تعداد آن ها به اندازه کافی بزرگ است . در نتیجه معادلات به شکل زیر می باشند :

شرایط اولیه و مرزی عبارتند از :

فلاکس های موضعی بی بعد و بازده از معادلات زیر به دست می آیند :

بعضی از پارامترها را می توان از منحنی تجربی به دست آورد . قسمت اول منحنی استخراج بر اساس نوع استخراج ، از A تا D متفاوت است . قسمت دوم منحنی استخراج که q بزرگتر از qc می باشد ، با معادله (١٧) تقریب زده می شود .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 5700 تومان در 6 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد