مدلسازی و بررسی تاثیر جریان برگشتی بر روی راندمان جداسازی ایزوتوپ‌های پایدار هیدروژن در برج پرشده ناپیوسته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیئت علمی

2 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه اراک

چکیده

در میان روش‌های مختلف جداسازی ایزوتوپ‌های پایدار هیدروژن، تقطیر آب با وجود پایین بودن فاکتور جداسازی دارای یک سری مزایای ذاتی از جمله عدم وجود جزء سمی و خورنده گاز سولفید هیدروژن، عدم نیاز به استفاده از روش الکترولیز جهت تبدیل گاز هیدروژن به آب و عدم نیاز به کاتالیست می‌باشد. در این تحقیق از آب سنگین %11و تقطیر ناپیوسته در برج آکنده برای تولید آب سنگین استفاده شد. آکنه‌های مورد استفاده حلقه‌های راشیگ از جنس پلی آمید و حلقه ‌های طرح دیکسون از جنس فولاد زنگ نزن بود. ارتفاع بستر m 2 و در محدوده جریان‌ جوش‌آور از 5 تا lit/hr 44 مورد آزمایش قرار گرفت و ارتفاع معادل سینی تئوری بدست آمد. گرچه این ارتفاع برای آکنه پلی آمید کمتر بود ولی به علت بالا بردن مقدار کل کربن آلی در آب، آکنه پلی آمید مردود اعلام شد. در ادامه برای آکنه طرح دیکسون در قسمت خطی نمودار، که مطلوب برای طراحی واحد‌ های عملیاتی است، مدلی به داده های آزمایش برازش شد که در بازه آزمایش با دقت خوبی می‌تواند برای پیش بینی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


 [1] Bebbington, W.P, V. Thayer, and J. Proctor (1959)  "PRODUCTION OF HEAVY WATER SAVANNAH
     RIVER AND DANA PLANTS", Technical Manual, Du Pont de Nemours (EI) & Co. Savannah River Lab, Aiken, SC.
 
  [2]علیرضا فضلعلی، محمد ایل بیگی (1395) " فرآیند­های صنعتی تولید آب سنگین"، اراک، دانشگاه اراک، چاپ اول.
 
[3] Onda, K., H. Takeuchi, and Y.J.J.o.c.e.o.J. Okumoto  (1968) "Mass transfer coefficients between gas and liquid
     phases in packed columns", Journal of Chemical Engineering of Japan, 1(1), 56-62.
 
[4] Bravo, J.L., et al (1982) "Generalized correlation for mass transfer in packed distillation columns", Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development ,21(1), 162-170.
 
[5] Kaba, A., et al (1988) "Measurement of HETP of SUS dixon ring and porcelain packing in small-scale water distillation column for H2O-HTO isotope separation", Journal of Nuclear Science and Technology, 25(10), 825-830.
 
[6] Yamamoto, I., et al (1989) "H2O-HTO isotope separation by distillation of water a dynamics of HETP of SUS Dixon ring in a small packed column", Fusion Engineering and Design ,10, 315-318.
 
[7] Shariat, A., J.G.J.I. Kunesh, and e.c. research (1995) "Packing efficiency testing on a commercial scale with good (and not so good) reflux distribution", Industrial & Engineering Chemistry Research, 34(4), 1273-1279.
 
[8] Guangda, L., J. Guoqiang, and S.J.F.t. Cansheng (1995) "An experimental investigation for hydrogen and deuterium separation by thermal cycling absorption process", Fusion Technology, 28(3P1), 672-675.
 
[9] Zakrzewska-Trznadel, G., A. Chmielewski, and N.J.J.o.m.s. Miljević (1996) "Separation of protium/deuterium and oxygen-16/oxygen-18 by membrane distillation", Journal of Membrane Science, 113(2), 337-342.
 
[10] Aoki, K., et al (1998) "Applicability of palladium membrane for the separation of protium and deuterium", International Journal of Hydrogen Energy, 23(5), 325-332.
 
[11] Hanley, B. and C.C.J.A.j. Chen (2012) "New mass‐transfer correlations for packed towers", AIChE Journal, 58(1), 132-152.
 
[12] Ohta, T., et al (2012) "Distillation of hydrogen isotopes for polarized HD targets", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment,  664(1), 347-352.
 
[13] Zhang, X., et al (2014) "Experimental studies of regeneration heat duty for CO2 desorption from diethylenetriamine (DETA) solution in a stripper column packed with Dixon ring random packing", Fuel, 136, 261-267.
 
[14] Bhattacharyya, R., K. Bhanja, and S.J.I.J.o.H.E. Mohan (2016) "Simulation studies of the characteristics of a cryogenic distillation column for hydrogen isotope separation", International Journal of Hydrogen Energy,  41(9), 5003-5018.
 
[15] Dolan, M.D., et al (2017), "Deuterium enrichment using vanadium membranes", International Journal of Hydrogen Energy, 42(38), 24183-24188.
 
[16] قادر دلخوشی(دی 1395) " تعیین HETP پکینگ­های sulzer جهت جداسازی ایزوتوپ های پایدار اکسیژن و هیدروژن"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، بروجرد ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بروجرد.
 
[17] Ionete, E.I., et al (2017) "Desorption of protium and deuterium from different types of titanium beds", Fusion Engineering and Design, 116, 61-65.
 
[18] Ogawa, R., et al (2018) "Deuterium isotope separation by combined electrolysis fuel cell", Energy, 149, 98-104.
 
[19] Christenson, M., et al (2018) "A distillation column for hydrogen isotope removal from liquid lithium", Fusion Engineering and Design, 135, 81-87.
 
[20] Avili, M.G., J.K. Sabet, and S.M.J.P.i.N.E. Ghoreishi (2018) "Experimental characterization of a random packing with high specific surface area in a small diameter cryogenic distillation column", Progress in Nuclear Energy, 106, 417-424.
 
[21] علیرضا فضلعلی، محسن روشنایی (1400) " جداسازی ایزوتوپ­های پایدار هیدروژن با روش تقطیر در برج پرشده"، نشریه علوم و مهندسی جداسازی، دوره سیزدهم، شماره دوم، صفحه 91-79 .
 
[22] Kister, H.Z., et al (1992) "Distillation design", McGraw-Hill, New York, Vol. 1.
 
[23] هنری کیستر (1391) " طراحی تقطیر" ترجمه حمید رضا مهدی پور، سهیلا شکیبا، تهران، انتشارات اندیشه سرا، چاپ اول.
 
[24] Fuller, E.N., et al (1966) "New method for prediction of binary gas-phase diffusion coefficients", Industrial & Engineering Chemistry, 58(5), 18-27.
 
[25] Dahal, U. and N.P.J.J.o.M.L. Adhikari (2012) "Molecular dynamics study of diffusion of heavy water in normal water at different temperatures", Journal of Molecular Liquids, 167, 34-39.