مدلسازی ریاضی جداسازی دی اکسید کربن از مخلوط گازی نیتروژن و دی اکسید کربن توسط تماس دهنده غشایی الیاف توخالی پلی پروپیلن در حضور محلول آمین ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی- بخش مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی شیراز

2 در حال حاضر سرباز وظیفه است

چکیده

در این مقاله مدلسازی ریاضی دفع دیاکسیدکربن از مخلوط گازی نیتروژن و دیاکسیدکربن در حضور آمین ها در یک تماسدهندهغشایی الیاف تو خالی پلیپروپیلن بررسی می شود. مدلسازی در هر دو جهت شعاعی و محوری بر مبنای حالت کاملاً مرطوب  برای جریان غیرهمسوی گاز-مایع مورد بررسی قرار می گیرد.  برای ارزیابی مدل،  نتایج حاصل از این مدل‌سازی با داده‌های تجربی و نتایج حاصل از نرم افزار COMSOL با یکدیگر مقایسه می شوند. نتایج نشان می دهد که درصد دفع CO2با افزایش دبی جریان مایع، تعداد الیاف ها، طول غشا، غلظت حلال و نسبت تخلخل به انحنا افزایش می‌یابد، ولی با  افزایش دبی جریان گاز کاهش می یابد.  همچنین، نتایج نشان داد که درصد دفع  CO2به وسیله  این غشا بیشتر ازغشای پلی وینیلیدن دی فلورایدو پلی تترافلورو اتیلن در حضور منواتانول آمین است. نهایتا، نتایج نشان داد که با افزایش خیس شدگی میزان جداسازی این گاز کاهش می یابد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


]1 [مدائنی، سید سیاوش، و اسماعیلی، مجید، (1385)، جداسازی گازها توسط فرآیندهای غشایی، انتشارات دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.
]2 [کاغذچی، طاهره، و سهرابی، مرتضی، (1387)، انتقال جرم تریبال/رابرت تریبال، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، ایران.
]3 [بابالو، علیاکبر، و آسا، فرناز، (1392)، مرورى بر عملکرد انواع فرایندهاى غشایى به منظور جداسازى دىاکسیدکربن از جریانهاى گازى، فصلنامه تخصصی علمی ترویجی فرآیند نو، شماره 44، ص 60-50.
]4 [یگانی، رضا، و اکبری، علی، (1391)، مطالعه پارامترهای موثر بر عملکرد تماسدهندههای غشایی الیاف توخالی برای جداسازی دی اکسیدکربن از گاز طبیعی، فصلنامه تخصصی علمی ترویجی فرآیند نو، شماره 39، ص 56-42.
 ]5 [خواجهنوری، مسعود، و اصغری، مرتضی، (1391)، مروری بر مهمترین غشاهای پلیمری در تماس دهنده های غشایی الیاف تو خالی گاز-مایع به منظور زدایش گازهای اسیدی، فصلنامه تخصصی علمی ترویجی فرآیند نو، شماره 40، ص 46-36.
[6] Z. Qi and E. Cussler, "Microporous hollow fibers for gas absorption: II. Mass transfer across the membrane," Journal of membrane science, vol. 23, pp. 333-345, 1985.
[7]   M.-C. Yang and E. Cussler, "Artificial gills," Journal of membrane science, vol. 42, pp273-284, ,1989.
[8]   S. Karoor and K. K. Sirkar, "Gas absorption studies in microporous hollow fiber membrane modules," Industrial & engineering chemistry research, vol. 32, pp. 674-684, 1993.
[9]   H. Kreulen, C. Smolders, G. Versteeg, and W. Van Swaaij, "Microporous hollow fibre membrane modules as gas-liquid contactors Part 2. Mass transfer with chemical reaction," Journal of Membrane Science, vol. 78, pp. 217-238, 1993.
[10] D. T. Tsou, M. W. Blachman, and J. C. Davis, "Silver-facilitated olefin/paraffin separation in a liquid membrane contactor system," Industrial & engineering chemistry research, vol. 33, pp. 3209-3216, 1994.
[11] H. A. Rangwala, "Absorption of carbon dioxide into aqueous solutions using hollow fiber membrane contactors," Journal of Membrane Science, vol. 112, pp. 229-240, 1996.
[12] S. Bhaumik, S. Majumdar, and K. Sirkar, "Hollowfiber membranebased rapid pressure swing absorption," AIChE Journal, vol. 42, pp. 409-421, 1996.
[13] M.-S. Chun and K.-H. Lee, "Analysis on a hydrophobic hollow-fiber membrane absorber and experimental observations of CO2 removal by enhanced absorption," Separation science and technology, vol. 32, pp. 2445-2466, 1997.
[14] D. Bhaumik, S. Majumdar, and K. Sirkar, "Absorption of CO2 in a transverse flow hollow fiber membrane module having a few wraps of the fiber mat," Journal of membrane Science, vol. 138, pp. 77-82, 1998.
[15] P. H. Feron and A. E. Jansen, " CO2 separation with polyolefin membrane contactors and dedicated absorption liquids: performances and prospects," Separation and Purification Technology, vol. 27, pp. 231-242, 2002.
[16] P. Kumar, J. Hogendoorn, P. Feron, and G. Versteeg, "New absorption liquids for the removal of CO2 fromdilute gas streams using membrane contactors," Chemical Engineering Science, vol. 57, pp. 1639-1651, 2002.
 [17] R. Wang, D. Li, C. Zhou, M. Liu, and D. Liang, "Impact of DEA solutions with and without CO2 loading on porous polypropylene membranes intended for use as contactors," Journal of Membrane Science, vol. 229, pp. 147-157, 2004.
[18] S.-H. Yeon, K.-S. Lee, B. Sea, Y.-I. Park, and K.-H. Lee, "Application of pilot-scale membrane contactor hybrid system for removal of carbon dioxide from flue gas," Journal of Membrane Science, vol. 257, pp. 156-160, 2005.
[19] H.-Y. Zhang, R. Wang, D. T. Liang, and J. H. Tay, "Modeling and experimental study of CO2 absorption in a hollow fiber membrane contactor," Journal of Membrane Science, vol. 279, pp. 301-310, 2006.
[20] S.-p. Yan, M.-X. Fang, W.-F. Zhang, S.-Y. Wang, Z.-K. Xu, Z.-Y. Luo, et al., "Experimental study on the separation of CO2 from flue gas using hollow fiber membrane contactors without wetting," Fuel Processing Technology, vol. 88, pp. 501-511, 2007.
[21] P. Keshavarz, J. Fathikalajahi, and S. Ayatollahi, "Mathematical modeling of the simultaneous absorption of carbon dioxide and hydrogen sulfide in a hollow fiber membrane contactor," Separation and Purification Technology, vol. 63, pp. 145-155, 2008.
[22] H. H. Park, B. R. Deshwal, I. W. Kim, and H. K. Lee, "Absorption of SO2 from flue gas using PVDF hollow fiber membranes in a gas–liquid contactor," Journal of Membrane Science, vol. 319, pp. 29-37, 2008.
[23] S. Koonaphapdeelert, Z. Wu, and K. Li, "Carbon dioxide stripping in ceramic hollow fibre membrane contactors," Chemical Engineering Science, vol. 64, pp. 1-8, 2009.
[24] S. A. Marzouk, M. H. Al-Marzouqi, M. H. El-Naas, N. Abdullatif, and Z. M. Ismail, "Removal of carbon dioxide from pressurized CO2 – CH4 gas mixture using hollow fiber membrane contactors," Journal of Membrane Science, vol. 351, pp. 21-27, 2010.
[25] A. Mansourizadeh, "Experimental study of CO2 absorption/stripping via PVDF hollow fiber membrane contactor," Chemical Engineering Research and Design, vol. 90, pp. 555-562, 2012.
[26] M. Rahbari-Sisakht, A. Ismail, D. Rana, T. Matsuura, and D. Emadzadeh, "Carbon dioxide stripping from water through porous polysulfone hollow fiber membrane contactor," Separation and Purification Technology, vol. 108, pp. 119-123, 2013.
[27] R. B. Bird, W. E. Stewart, and E. N. Lightfoot, Transport phenomena: John Wiley & Sons, 1960.
[28] J. Happel, "Viscous flow relative to arrays of cylinders," AIChE Journal, vol. 5, pp. 174-177, 1959.
[29] Al-Marzouqi, M., El-Naas, M., Marzouk, S., Abdullatif, N. (2008). Modeling of chemical  absorption of CO2 in membrane contactors. Separation and Purification Technology, 62(3), 499-506.