20775

۲۰۷۷۵

مطالعه تجربي جذب كربن دي‌اكسيد با استفاده از امواج مافوق صوت در يك حلال مناسب

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيندها

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۱/۲۷

دكتر شاهرخ شاه حسيني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

با توجه به كاربرد گسترده كربن دي‌اكسيد در صنايع مختلف و همچنين براي كاهش گازهاي گلخانه‌اي، فرآيندهاي مختلفي براي جداسازي كربن دي‌اكسيد از مخلوط گازها وجود دارد كه مهم‌ترين آن‌ها جذب است. فناوري‌هاي مختلفي از قبيل ستون پرشده، همزن مكانيكي، تماس دهنده غشاء و غيره براي فرآيند جذب گاز توسعه‌يافته‌اند بااين‌حال، برخي اشكال و محدوديت‌ها در فن‌آوري‌هاي جذب فعلي وجود دارد؛ بنابراين ضروري است كه يك فنّاوري جايگزين براي جذب ارائه شود كه اين محدوديت‌ها را نداشته و يا لااقل آن‌ها را به حداقل برساند. به همين منظور در اين پروژه دستگاهي طراحي و ساخته شد كه جذب به كمك امواج مافوق صوت با فركانس بالا (1.7 مگاهرتز) صورت گيرد. با استفاده از امواج مافوق صوت فركانس بالا، قطرات بسيار ريز مايع توسط لرزش قوي ديسك از سطح گاز -مايع كنده شدند. درنتيجه قطرات ريز توليدشده، سطح بزرگي را براي فرآيند انتقال جرم فراهم كردند. در اصطلاح به اين پديده اتميزاسيون گفته مي‌شود. در اين مطالعه، جذب كربن دي‌اكسيد در محلول‌هاي دي اتانول آمين، سديم كربنات، سديم هيدروكسيد و آب بررسي شد. نتايج حاكي از آن داشت كه نرخ جذب در مقايسه با بدون تابش امواج مافوق صوت تا 20 برابر تحت توان 8.64 وات، افزايش يافت. براي بررسي بهتر اثرگذاري امواج مافوق صوت فركانس بالا در جذب و مقايسه‌ي با ساير روش‌ها، يك همزن مغناطيسي جايگزين مبدل پيزوالكتريك مافوق صوت شد. ضريب انتقال جرم در آب به‌وسيله سيستم مافوق صوت تقريباً 4.4 برابر بيشتر از همزن مغناطيسي با دور rpm 600 شد كه نشانگر عملكرد بهتر سيستم مافوق صوت نسبت به همزن مي‌باشد. همچنين با استفاده از طراحي آزمايش باكس بنكن، تأثير چهار پارامتر دما، فشار، غلظت و توان بر روي نرخ جذب كربن دي‌اكسيد مطالعه شد. توان و دما به ترتيب بيشترين و كمترين تأثير را بر پارامتر انتخابي داشتند. با توجه به نتايج و مزاياي قابل‌توجهي كه حاصل شد، مي‌توان اذعان داشت كه جذب با اين روش مي‌تواند به‌عنوان يكي از گزينه‌هاي احتمالي، براي فرآيند جذب گاز كربن دي‌اكسيد توسعه يابد. واژه‌هاي كليدي: كربن دي‌اكسيد، گازهاي گلخانه‌اي، جذب، امواج مافوق صوت و فركانس بالا

1398/04/10

Experimental study of carbon dioxide absorption using ultrasonic waves in a suitable solvent

4/15/2020 12:00:00 AM

Due to the widespread use of carbon dioxide in various industries and also reducing greenhouse gases, several processes for separating carbon doxide from a mixture of gases are available that the most notable one is “absorption”. Different technologies have been developed for the gas absorption process, such as packed bed columns, mechanical agitator, membrane contactor etc. Nonetheless, there are some drawbacks and limitations in the current absorption technologies. Therefore, it is necessary to provide an alternative absorption technology that does not have these limitations or at least minimizes them. For this purpose, an experimental setup was designed and built with high-frequency ultrasonic wave (1.7 MHz) for absorption. By applying high-frequency ultrasonic waves, very small droplets were pinched out by the strong vibration on the gas-liquid interfacial. Thus small droplets provided a large surface area for the mass transfer process. Technically, this phenomenon is called Atomization. In this study, carbon dioxide absorption was investigated in DEA, Na2CO3, NaOH and water. Obtained results indicated that the absorption rate was being increased up to 20 times as compared with the case without ultrasonic irradiation at 8.64 watts. A magnetic stirrer was replaced by the ultrasonic piezoelectric transducer to better analyze the effect of high-frequency ultrasonic waves on absorption and to compare it with other methods. The mass transfer coefficient by the ultrasonic system was approximately 4.4 times more than the magnetic stirrer at 600 rpm in the water which indicates the better performance of the ultrasonic system to the stirrer. The effect of four parameters of temperature, pressure, concentration, and power on the carbon dioxide absorption rate was studied by using the Box–Behnken design. The power and temperature had the most and least effect on the selected parameter, respectively. According to the significant obtained results and benefits, it can be acknowledged that absorption through this method can be expanded as a possible option for the carbon dioxide capture process. Keywords: Carbon dioxide, Greenhouse gases, Absorption, Ultrasonic waves and High frequency.