20488

۲۰۴۸۸

بررسي تجربي و مدلسازي جذب سطحي گاز نيتروژن با استفاده از جاذب زئوليتي ۴A

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1394-139۷

۱۳۹۷/۱۱/۳۰

دكتر قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

يكي از مراحل پرهزينه در صنايع شيميايي و پتروشيمي، جداسازي است. همچنين نيتروژن به عنوان يك گاز متداول و پر كاربرد با فراواني بالا يكي از جريان هايي است كه اغلب مورد جداسازي قرار مي گيرد. در اين پژوهش ابتدا نقش نيتروژن در صنايع و فرآيند هاي شيميايي بررسي شد، و مشخص شد كه اين گاز را در برخي موارد به عنوان يك گاز پركاربرد و محصول جدا مي كنند و در مواردي ديگر آن را به عنوان يك عامل مزاحم از محصولات اصلي حذف مي نمايند. پس از معرفي انواع روش هاي جداسازي نيتروژن كه عبارت اند از غشايي، سردسازي، جذب سطحي و جذب به وسيله محلول به بسط بيشتر روش جذب سطحي پرداخته شد و مشخص شد كه پركاربرد ترين جاذب هاي سطحي در اين نوع جذب كربن هاي غربال مولكولي و همينطور زئوليت ها هستند. در اين حين انواع مدل‌هاي ايزوترم و هم خواني آن با جذب سطحي نيتروژن با استفاده از زئوليت A4 بررسي شد و مشخص شد كه عمدتا در مدل‌هاي سه پارامتري (خصوصا لانموير-فروندليچ، هيل و سيپس) ضريب همبستگي عدد 99/0 را نشان مي‌دهد. به اثر دما بر جذب پرداخته شد و مشخص گرديد كه با افزايش دما ميزان جذب در ابتدا افزايش پيدا مي‌كند سپس با افزايش انرژي جنبشي مولكول هاي گاز و فرار آن ها از درون حفرات جاذب روند جذب كاهشي است و بهينه دماي جذب در حدود C°60 (mg/g 52/43) مي‌باشد. با بررسي اثر فشار معين گرديد كه افزايش فشار با جذب رابطه مستقيم دارد و بيشينه آن در فشار هاي 1 تا 9 بار در 9 بار (mg/g 03/376) براي يك گرم زئوليت A4 و دماي C°25 اتفاق مي افتد. در بررسي اثر مقدار ماده بر شدت جذب مشخص شد وقتي مقدار ماده كمترين است شدت جذب در بيشينيه خود قرار دارد و در يك گرم زئوليت A4 و فشار 3 بار و دماي C°25، (mg/g 56/67) مقدار جذب شد. مقدار جذب در پارامتر هاي بهينه عملياتي ذكر شده برابر با mg/g 32/407 مي باشد. در بررسي ترموديناميك جذب نيتروژن مشخص شد كه اين فرآيند خود به خودي بوده و همچنين گرماگير است. در بررسي سينتيك جذب هم معين گرديد كه بهترين نتايج ضريب همبستگي (99/0) در معادله سرعت درجه دوم و همچنين معادله سرعت ريتچ اتفاق مي افتد. واژه‌هاي كليدي: جذب سطحي، نيتروژن، زئوليت A4، ايزوترم، سينتيك جذب، ترموديناميك.

1398/02/22

Modeling and Experimental of Nitrogen Adsorption on Zeolite 4A

5/12/2019 12:00:00 AM

Nowadays, Separation is known as an expensive unit in the chemical and petrochemical industries. One of gases that commonly separated from stream, is nitrogen gas. In this study, the role of nitrogen in the chemical and process industries is investigated that found in some cases, this gas is widely used as a separated product and in other cases it’s separated from the main products as an useless product. First of all the introduction of nitrogen separation methods such as membrane, cold box and adsorption is studied and is concentrated on the adsorption method that carbon molecular sieve is most commonly used as adsorbent surface in this separation method. As well as the different types of nitrogen adsorption isotherm models and its accordance with the porous adsorbent is investigated. Then, the modeling of adsorption and the effect of different operating conditions on nitrogen adsorption by zeolite 4A is studied. Is investigated. Increase initial pressure from 1 to 9 bar increase amount of nitrogen adsorbed relative adsorbent (376.030 mgr/gr). Increase temperature process from 298.15K to 353.15K has remarkable difference was observed in the nitrogen adsorption behaviors on the zeolite because increase temperature process from 298.15K to 333.15K, increase amount of nitrogen adsorbed relative adsorbent (107.203 mgr/gr) so decries it in 333K (42.400 mgr/gr). Increase amount of adsorbent from 1 gr to 4 gr in same pressure and temperature decries amount of nitrogen adsorbed relative adsorbent (21.008 mgr/gr). Keywords: Adsorption, Nitrogen, Molecular Sieve, Isotherm, Kinetics.