مدلسازی سینتیکی فرآیند تبلور به شیوه ضدحلال فوق بحرانی (دی اکسید کربن-تولوئن-فنانترن)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این تحقیق با استفاده از داده­های آزمایشگاهی موجود در منابع، رابطه‌ای تجربی برای تعیین حلالیت فنانترن در مخلوط دی­اکسیدکربن فوق‌بحرانی و تولوئن و همچنین رابطه‌ای جهت پیش‌بینی فوق اشباعیت فنانترن دراثر تغییر فشار سیستم (نرخ تزریق ضدحلال) تعیین گردیده‌است. در ادامه، مدل­سازی سینتیکی تبلور ضد­حلال فوق‌بحرانی با استفاده از روش موازنه جمعیت صورت گرفته‌است. الگوریتم عددی به صورت ترکیبی از روش­های کرنک-نیکلسون و لکس-وندراف برای حل مدل درنظر گرفته شده‌است. مراحل شبیه­سازی با تغییر در عوامل موثر فرآیندی نظیر نرخ افزایش ضدحلال، نرخ فوق‌اشباعیت در دمای عملکردی °C40 و بازه فشاری بین 34/0 تا 63/5 مگاپاسکال انجام شد. با حل عددی معادله موازنه جمعیت به روش گسسته­سازی، هسته­زایی، رشدبلور، توزیع اندازه و متوسط طول ذرات تعیین گردیدند. نتایج حاکی از کاهش شدید حلالیت اشباع حل­شونده از 27/0 تا 16/0 بدلیل افزایش شدید فشار از 1/0 تا 34/0 مگاپاسکال بوده که باعث ایجاد فوق اشباعیت شدید از 1 به 6/1 و کاهش شدید حلالیت شده‌است. همچین با افزایش ضدحلال، در فشار 6 مگاپاسکال مقدار فوق‌اشباعیت بیشترین بوده‌است. در فشار 3/0 مگاپاسکال هسته­زایی اولیه نسبت به ثانویه اولویت داشته و با افزایش ضدحلال و رسوب حل­شونده اثر هسته­زایی ثانویه تشدید شده و در فشار 6 مگاپاسکال به مقدار بیشینه خود رسیده‌است.  تا فشار79/1 مگاپاسکال، منحنی توزیع اندازه ذرات بصورت یونیمودال بوده و نقطه بیشینه منحنی در نواحی با اندازه کوچکتر (دسته اندازه­ای کمتر از20) قرار داشته است. مشاهده می­شود که با افزایش فشار، پیک دوم رشد کرده و نمودار از حالت یونیمودال به سمت باینومیال در حال تغییر یافتن بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1].   G. Tjakko, R. M. G. Zijlema, G. J. Witkamp, G. M. van Rosmalen, and J. de Graauw (2000) "Antisolvent Crystallization as an Alternative to Evaporative Crystallization for the Production of Sodium Chloride", Industial Engineering Chemical Research. 39, 1330-1337.
[2].   H.Takiyama, T. Otsuhata, and M. Matsuoka (1998) "Morphology of NaCl Crystals in Drowning-Out Precipitation Operation", Chemical Engineering Research and Design, 76(7), 809-814.
[3].   Z. Q.Yu,  R.B.H. Tan, and P.S. Chow (2005)"Effects of Operating Conditions on Agglomeration  and Habit of Paracetamol Crystals in Anti-solvent Crystallization", Journal of Crystal Growth, 279(3-4), 477-488.
[4].   N. Nonoyama, K. Hanaki, and Y. Yabuki (2006) "Constant Supersaturation Control of   Antisolvent-Addition Batch Crystallization", Organic Process Research & Development, 10(4 (,727-732.
[5].   G. Muhrer, C. Lin, and M. Mazzotti (2002) "Modeling the Gas Antisolvent Recrystallization Process", Industrial & Engineering Chemistry Research, 41(15), 3566-3579.
[6].   D. J. Dixon, K. P. Johnston, (1993) ''Formation of microporous polymer fibers and oriented fibrils by precipitation with a compressed fluid antisolvent'', Journal of Applied Polymer Science, 50(11), 1929-1942.
[7].   N. Elvassore,  T. Parton, and A. Bertucco (2003) " Kinetics of particle formation in the gas antisolvent precipitation process", AIChE Journal, 49, 859–868.
[8].   D Jafari, SM Nowee, SH Noie, M Shushtari, (2012) "The prediction of Thermodynamic-Kinetic behavior of antisolvent crystallization from Sodium Chloride aqueous systems containing Non-electrolytes", Int. Journal of Applied Sciences and Engineering Research, 1(2), 312-320.
[9]. م. ع. مسیگل،ا. گودرزنیاو ه. ناظم (1390)"بررسی ترمودینامیکی سیستم دو جزئی کربن دی اکسید فوق بحرانی – مایعات یونی توسط معادله حالت پنگ رابینسون در فرایند استخراج فوق بحرانی"، سومین کنفرانس تخصصی ترمودینامیک، رشت، دانشگاه گیلان، انجمن مهندسی شیمی ایران.
[10].          ر. خلیلی، م. ارجمند، م. کلباسی (1391) "بهینه سازی قوانین اختلاط برای مدل سازی و اندازه گیری میزان حلالیت در فاز فوق بحرانی"،  ماهنامه نفت، گاز و انرژی، شماره 11، فروردین و ردیبهشت   ص 19.
[11].          م. خواجه نوری، ع. حقیقی اصل (1391)، "بررسی مدل های سینتیکی استخراج با CO2 فوق بحرانی از روغن­های گیاهی"، دوماهنامه مهندسی شیمی ایران، شماره 65، اسفند 1391  ص 68.
[12].          ر. عروج، ح. ابوالقاسمی، ض. وطنی، م. مهدویان (1389) "روش جدید برای محاسبه پارامتر اختلاط و اصلاح مدل­های نیمه تجربی برای مدل­سازی حلالیت در حلال فوق بحرانی"، نشریه مهندسی شیمی و نفت، سال چهل و چهارم، شماره 1، 1389  ص 63. 
[13].          ر. دیلم صالحی، م. لطف اللهی، ح. مدرس (1385) "مدل­سازی مقادیر حلالیت هیدروکربن های سنگین در سیال فوق بحرانی با استفاده از معادلات حالت"، فصلنامه مدل­سازی در مهندسی ، شماره 12، تابستان ص 34.
[14].          ر. دیلم صالحی، م. لطف اللهی، (1383) "استخراج با سیالات فوق بحرانی SCF و کاربردهای آن در فرآیندهای جداسازی"، دوماهنامه مهندسی شیمی ایران، شماره 10، ص 22.
[15].    Van ness, Abbott, (2001)  Introduction to Chemical Engineering Thermodynamic, McGraw-Hill, Boston.
[16].    A. Randolph, M. A. Larson (1998) Theory of particulate processes (2nd edition), Academic Press Inc, San Diego, CA.
[17].    Y. Bakhbakhi (2009) "A Discretized Population Balance for Particle Formation from Gas Antisolvent Process: The Combined Lax-Wendroff and Crank-Nicholson Method", Computers and Chemical Engineering, 33, 1132-1140.
[18].    M. K. Bennett,  S. Rohani (2001) " Solution of population balance equations with a new combined Lax-Wendroff/Crank-Nicholson method", Chemical Engineering Science, 56, 6623–6633.
[19].    P. Marchal, R. David, J. P. Klein, J. Villermaux (1988) "Crystallization and Precipitation Engineering. An Efficient Method for Solving Population Balance in Crystallization with Agglomeration", Chemical Engineering Science, 43(1), 59-67.
[20].    M.J. Hounslow, R. L. Ryall, and V.R. Marshall (1988) "A Discretized Population Balance for Nucleation, Growth, and Aggregation", AIChE Journal, 34(11), 1821-1832.