مدلسازي رياضي كاركرد جداسازي غشا زئوليتي براي گازهاي N2،H2 ، CO2 و CH4

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير استفاده غشاءهاي جداسازي گاز به عنوان يكي از روش‌هاي موثر با مصرف انرژي كمتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. در تحقيق حاضر، غشاء زئوليتي ديسكي شكل MFI براي جداسازي مخلوط هيدروژن- دي‌اكسيد‌كربن و غشاء لوله‌اي SAPO-34 براي جداسازي مخلوط دي‌اكسيد كربن‌- متان، بررسي شد، و يك مدل براي توصيف جداسازي مخلوط دوجزئي در آنها توسعه داده شد. در اين پژوهش معادلات انتقال از ميان غشاء به صورت تركيبي از مكانيزم‌هاي نفوذ نادسن و نفوذ ويسكوز از درون پايه‌ها و ترك‌ها و مكانيزم نفوذ سطحي از ميان كريستال‌هاي زئوليتي درنظر گرفته شد و مدلسازي با با كمك كدنويسي معادله هاي انتقال جرم در نرم افزار MATLAB انجام شد. در اين شيوه‌ با كمك داده‌هاي جذب و تراوش تك‌جزيي، ضرايب نفوذ گازها در هريك از غشاءها به‌دست ‌آمدند. ضرايب نفوذ هيدروژن، متان و دي‌اكسيد كربن به‌ترتيب بيشترين مقدار را داشتند. سپس با كمك پارامترهاي تنظيم شده در مدل تك‌جزيي، مدلسازي براي مخلوط‌هاي دو‌جزيي با استفاده از دو مدل جذب لانگموير چندجزئي و محلول جذب شده‌ي ايده‌آل انجام گرديد و نتايج شارعبوري از غشاء براي مخلوط هاي گازي مذكور به دست آمد. استفاده از تئوري محلول جذب شده‌ي ايده‌آل به عنوان ايزوترم منجر به نتايج بهتري شد. براي مثال در مدلسازي غشاء MFI با نرم افزار MATLAB متوسط خطاي پيش‌بيني شار دي‌اكسيد كربن با مدل لانگموير 51% و با استفاده از مدل محلول ايده‌آل جذب شده كمتر از 6/13% بود. پس از انجام مدلسازي براي غشاء SAPO-34 با نرم افزار MATLAB ، تاثير تغيير در دبي خوراك و كسر مولي خوراك بررسي شد. آناليز حساسيت نشان داد با كاهش دبي خروجي به يك دهم، 94% دي‌اكسيد كربن ورودي از تراوه خارج مي‌شود. كلمات كليدي: غشاء جداسازي گاز، SAPO-34،MFI ، مدلسازي، جذب لانگموير، نفوذ سطحي، معادله ماكسول-استفان.

190703

دانشگاه علم و صنعت ايران

فرايندهاي جداسازي

دكتر تورج محمدي - دكتر اميد بختياري