17948

17948

مدلسازي شار انتقال جرم بر اساس مدل فيلمي براي فرايندهاي جذب واكنش دار

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

اسفند 1395

دكتر احد قائمي

دكتر اميد وحيدي

مهندسي شيمي

چكيده در اين تحقيقجذب واكنش‌دارCO2 در سه محلولآبيپيپرازين (PZ)، مونواتانول آمين (MEA) و متيل دي اتانول آمين (MDEA)مورد بررسي قرار گرفته است. جهت مدل سازي فرآيند جذب واكنش¬دار، با استفاده از تئوري فيلمي و حل همزمان تمامي معادلات حاكم در جذب واكنش‌دار، معادلات تعادلي و موازنه جرم، تغييرات غلظت تمامي اجزا در طول فيلم و شار انتقال جرم محاسبه شد. حل معادلات به كمك نرم‌افزار متلب انجام شده‌است. براي ارزيابي نتايج مدل ارائه شده از داده هاي تجربيموجود در منابع استفاده شده است. در مدل ارائه شده اثرپارامترهاي بدون بعدشامل پارامتر فيلم، بارگذاري، نسبت فشارجزئي گاز اسيدي به فشار كل و نسبت ضخامت فيلمي¬فازها بر شار انتقال جرم نيز بررسي گرديد.جهت مدل‌سازي ترموديناميكي سيستم سه جزئي آمين، آب و CO2و محاسبه حلاليت گازهاي اسيدي در محلول آمين‏ها از روش φ-γ استفاده شده است. براي مدل‌سازي فاز بخار از معادله حالت ويريال و جهت مدل‌سازي فاز مايع با توجه به اينكه فاز مايع محلول الكتروليت مي¬باشد از مدل يوني‌كواك توسعه‏يافته و مدل الكتروليتي پيتزراستفاده شده است.ميزان انحراف از داده‌هاي تجربي براي شار انتقال جرم با محاسبه متوسط خطاي نسبي، براي محلول PZحدود 5.302درصد براي محلول MEA برابر با 8.24 درصد و براي MDEA برابر با 6.56 درصد به دست آمد. با در نظر گرفتن جابه‌جايي فيلم، ميزان شار انتقال جرم تحت تاثير قرار گرفت و ميزان خطا كاهش يافت. براي محلول PZ حدود 0.1 درصد و براي محلول‌هاي MEA و MDEA به ترتيب حدود 0.6 و 1.1 درصد كاهش خطا مشاهده شد. با بررسي هاي به دست آمده در اين تحقيق، به ترتيب تاثير واكنش، نفوذ ، سرعت فيلم و نفوذ اددي‌هابر شار انتقال جرم بيشتر است. واكنش و نفوذ بر ميزان شار انتقال جرم به طور ميانگين بيشتر از35 درصد نسبت به سرعت و نفوذ اددي‌ها تاثير گذارترند و نيز سهم سرعت جابه‌جايي فيلم از شار انتقال جرم وابسته به ميزان سرعت وشرايط آزمايشگاه و نوع آمين از مقادير بسيار كم در جريان بسيار آرام تا حدود 30 درصد براي جريان‌هاي نزديك به درهم متفاوت است. در سرعت‌هاي پايين جابه‌جايي تاثير اددي بر انتقال جرم بسيار ناچيز است.درجذب توسط محلول PZ و بعد از آن MEA تغيير در سرعت فيلم، در تغيير ميزان شار انتقال جرم تاثير زيادي ندارد اما در محلول MDEA تغيير كمي در ميزان سرعت، باعث تغيير شار انتقال جرم مي شود. چرا كه واكنش در محلول MDEA آهسته تر از MEA و PZاست و در اين محلول دو فاز نياز به زمان تماس بيشتري دارند. بنابراين در نظر گرفتن جابه‌جايي فيلم در جذب واكنش‌دار محلولهايي با سرعت واكنش آهسته تاثيرگذارتر است. واژه‌هاي كليدي: جذب واكنش¬دارCO2، شار انتقال جرم، مدلسازي فيلمي، نفوذ ادي‌، سرعت فيلم

1396/08/01

3/5/2017 12:00:00 AM

In this study, the rate of absorption of carbon dioxide in solution PZ, MEA, MDEA is studied.for modeling the reactive absorption process, using film theory and simultaneously solve all equations in the absorption, mass balance equations and Equilibrium equations , concentration of all components and mass transfer flux in film was calculated.The values obtained were calculated by considering the movement of the film. To eva​luate the result of model, experimental data for absorption of CO2 in consider solution isused. The effect of dimensionless parameters such film parameter, loading, the ratio of partial pressureof acid gas to the total pressure and the ratio of film thickness on mass flux is studied. For thermodynamic modeling ternary system Amen, water and carbon dioxide and acid gases solubility of the amine solution φ-γ method is used. Virial equation of state is used to model the vapor phase and according to the liquid phase is a electrolyte solution that the developed UNIQUAC-Pitzer electrolyte model is used. The deviation of the experimental data for mass flux by calculating the average relative error, is about 5.302 percent for PZ solution and equal to 8.24% and 6.56%, respectively for MEA solution MDEA.Taking into account the movement of the film, the mass transfer flux was affected and the error rate was reduced. 0.1 percent for PZ solution, 0.6 and 1.1 for MEA and MDEA solutions respectively. According to the results obtained in this study, respectively, the effects of the reaction, penetration, speed film and addy influence on mass transfer flux more. Reaction and penetration Influence on the mass transfer flux averages more than 35% compared to the speed and eddy penetration and the contribution rate of mass transfer flux, depends on the speed of film, laboratory conditions and the type of amin, from very low values for laminar flow and during the current 30 percent to nearly turbulent flow is different. at low speeds, influence of eddy in mass flux is low. Change in speed of film in absorption by PZ is low impact in mass flux, because the rate of reaction in PZ sulotion is more than MEA and MDEA. In MDEA sulotion Due to the low reactio rate, more time needs for reaction and chang hin speed of film more influence in mass flux. So consider moving film is more effective in absorbing reactive with slow rate of reaction. Keywords: Reactive absorption of CO2, Mass transfer flux, Eddy diffusion, Film model, Film convection