27366

مدل‌سازي ترموديناميكي فرآيند گوگردزدايي با استفاده از حلال‌هاي اوتكتيك عميق

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1398

24/03/1401

خانم دكتر فرزانه فيضي

مهندسي شيمي و نفت و گاز

گوگرد يكي از شايعترين ناخالصي‌هاي موجود در روغن‌ها، سوخت‌ها، گاز طبيعي و... است. وجود گوگرد مي‌تواند منجر به خسارت¬هاي غيرقابل جبران براي محيط¬زيست، حيوانات و انسان‌ها و هم¬چنين مشكلات فرآيندي بسيار در صنعت، مانند افزايش نرخ خوردگي فلزات و ساير مواد، انتشار گازهاي مضري همچون H2S و SO2 ، غيرفعال كردن كاتاليزورها، فرسودگي خطوط لوله، مخازن و تجهيزات صنعتي و... شود. در دهه‌هاي اخير فناوري‌هاي سازگار با محيط‌زيست، كه به فناوري‌هاي سبز معروف هستند، با هدف دست‌يابي به فرآيندهاي ايمن‌تر، پاك‌تر، كارآمدتر و بهره‌ي اقتصادي بيشتر، بسيار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در همين راستا حلال‌هاي اوتكتيك عميق به عنوان گزينه‌اي اميدواركننده براي جداسازي گوگرد معرفي شده و آزمايشات، مطالعات و بررسيهاي بسياري در اين زمينه صورت گرفته است. در اين پژوهش، ضمن معرفي حلال‌هاي اوتكتيك عميق و مروري بر مطالعات صورت گرفته، حلاليت گازهاي H2S و SO2 در اين حلال‌ها بررسي و مدل‌سازي ترموديناميكي اين حلاليت انجام شده است. روش مورد استفاده در اين پژوهش براي تعادل بخار-مايع روشφ-φ با استفاده از معادله‌ي حالت پنگ-رابينسون و قوانين اختلاط ون دروالس براي فاز بخار و ونگ-سندلر با مدل ضريب فعاليت NRTL براي فاز مايع است. به اين منظور سيستم¬هاي حاوي گازهاي H2S و SO2 و حلال¬هاي اوتكتيك عميق در دما، فشار و نسبت¬هاي مختلفي از دهنده¬هاي پيوند هيدروژني و گيرنده-هاي پيوند هيدروژني مورد بررسي قرار گرفته و براي مدل¬سازي از نرم¬افزار MATLAB نسخه¬ي R2020a استفاده شده است. به منظور بررسي ميزان تطابق داده¬هاي آزمايشگاهي و محاسباتي، خطاي AARD% مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به مدل‌سازي-هاي صورت گرفته و بررسي درصد خطاها مي¬توان به اين نتيجه رسيد كه اين روش مدل¬سازي، نتايج قابل قبولي را ارائه مي‌دهد و قانون اختلاط ونگ-سندلر با مدل ضريب فعاليت NRTL منجر به افزايش دقت معادله حالت پنگ-رابينسون مي¬شود. كلمات كليدي: گوگردزدايي، حلال¬هاي اوتكتيك عميق، مدل¬سازي ترموديناميكي، معادله حالت پنگ-رابينسون، قانون اختلاط ونگ-سندلر.

1401/08/29

Thermodynamic modeling of desulfurization process in deep eutectic solvents using the equations of state

6/14/2023 12:00:00 AM

Sulfur is one of the most common impurities in lubricants, fuels, natural gas, et cetera. The presence of sulfur can lead to irreparable damage to the environment, animals, and humans, as well as many process problems in the industry such as increased corrosion rate of metals and other materials, emission of harmful gases such as H_2 S and SO_2, corrosive wear in pipelines, tanks, and industrial equipment, et cetera. In recent decades, eco-friendly technologies, known as green technologies, have received great attention in achieving goals such as safer, cleaner and more efficient processes with greater economic benefits. In this regard, deep eutectic solvents have been introduced as a promising option for sulfur separation; and many studies and experiments have been conducted in this field. In this research, while introducing deep eutectic solvents and reviewing previous studies, the solubility of H_2 S and SO_2 gases in these solvents, was investigated and thermodynamic of this solubility was performed. The method used in this study for vapor-liquid equilibrium is the φ-φ method using the Peng-Robinson equation of state and the Van der Waals mixing rules for the vapor and Wong-Sandler with the NRTL activity coefficient for the liquid phase. For this purpose, systems containing H_2 S and SO_2 gases and deep eutectic solvents at different temperatures, pressures and ratios of hydrogen bond donors and hydrogen bond recipients were investigated. MATLAB software version R2020a was used for the modeling. In order to check the consistency of experimental and computational data, AARD% error was used. According to the modeling and error rate analysis, it can be concluded that this modeling method provides acceptable results and Wong-Sandler mixing rule with NRTL activity coefficient model leads to increase in the accuracy of Peng-Robinson equation of state. Keywords: desulphurization, deep eutectic solvent, Thermodynamic modeling, Peng-Robinson EOS, Wong-Sandler mixing rules.

گوگردزدايي , حلال¬هاي اوتكتيك عميق , مدل¬سازي ترموديناميكي , معادله حالت پنگ-رابينسون , قانون اختلاط ونگ-سندلر

desulphurization , deep eutectic solvent , Thermodynamic modeling , Peng-Robinson EOS , Wong-Sandler mixing rules

fatemeh habibi khalilani

farzaneh feyzi