5581

5581

بررسي آزمايشگاهي فرآيند جدا سازي هيدروژن به روش غشايي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1385

1385

دكتر محمدي

چكيده در اين تحقيق جداسازي هيدروژن از مونوكسيدكربن در مخلوط گاز سنتز با استفاده از غشاء پليايميدي انجام شده است. از بين غشاهاي پليمري، پليايميد به علت دارا بودن انتخابپذيري بالا و در عين حال تراوش- پذيري متوسط براي مخلوط گازها، در اكثر كاربردهاي صنعتي جداسازي گازها توسط غشاء، بكار ميرود. از اين رو اين غشاء براي انجام آزمايشات انتخاب شد. همچنين علاوه بر بررسي عملكرد غشاء تحت شرايط مختلف، سطح غشاء لازم براي جداسازي عامل مهمي در تعيين هزينة واحد غشايي ميباشد. بنابراين يافتن شرايط عملياتي كه در آن علاوه بر مناسب بودن عملكرد غشاء، سطح لازم براي آن نيز مينيمم باشد، از آنجا كه هزينة واحد غشايي را كاهش ميدهد، بسيار حائز اهميت ميباشد. از آنجاييكه نقش عواملي نظير دما، فشار و غلظت در ميزان جداسازي توسط غشاء بسيار تأثيرگذارند، در انجام آزمايشهاي تراوش گاز با تغيير سطوح اين عوامل اثر آنها بر عملكرد غشاء يعني تراوشپذيري و انتخاب- پذيري آن مورد بررسي قرار گرفت. علاوه بر انجام آزمايشها با گازهاي خالص، از مخلوطهاي گازي با غلظت- هاي متفاوت نيز براي انجام آزمايشها استفاده شد. در هر آزمايش دبي جريان تراوشي و غلظت هر يك از گازها در آن اندازهگيري شد. به علاوه در اين تحقيق برنامهاي براي تعيين كارآيي غشاهاي الياف ميانتهي و همچنين محاسبة سطح لازم براي غشاء نوشته شد. با استفاده از اين مدل ميتوان تأثير عوامل مختلف را بر كارآيي غشاء بررسي نمود و حالتهاي مختلف جريان در مدولهاي الياف ميانتهي را از لحاظ سطح غشاء مورد نياز مقايسه كرد. نتايج آزمايشها نشان دادند كه با افزايش فشار، تراوشپذيري گازهاي خالص افزايش مييابد، اما در مورد مخلوط گازي دقيقًا همين رفتار مشاهده نميشود. افزايش فشار در واقع منجر به ايجاد پديدة پلاستيسيزاسيون توسط مونوكسيدكربن در غشاء ميشود. در رقابت هيدروژن و مونوكسيدكربن براي انحلال در غشاء تورم يافته، مونوكسيدكربن پيروز شد. در نتيجه با افزايش فشار، تراوشپذيري هيدروژن تا حدودي كاهش يافت در حاليكه تراوشپذيري مونوكسيدكربن افزايش يافت. افزايش دما، از آنجا كه تأثير آن بر افزايش انرژي جنبشي مولكول- هاي ريز هيدروژن بسيار بيشتر از اثر پلاستيسيزاسيون ناشي از آن است، تراوشپذيري هيدروژن را نيز افزايش ميدهد. درنتيجه با افزايش دما انتخابپذيري غشاء تا حدي افزايش يافت. در حاليكه فشار اثر منفي بر انتخاب- پذيري غشاء داشت. در نتيجه يك سري آزمايشها در فشار بالا و دماي بالا براي از بين بردن تأثير منفي فشار با افزايش دما، انجام شدند. نتايج آزمايشها حاكي از اين بودند كه با عمليات در فشار و دماي بالا ميتوان به مقادير مناسبي از انتخابپذيري و تراوشپذيري براي هيدروژن دست يافت. انتخابپذيري بدست آمده براي غشاء پلي- ايميدي، در شرايط بهينه در حدود 30 بدست آمده است. اگرچه براي مخلوطهايي با غلظت هيدروژن بيشتر اين انتخابپذيري به مقاديري در حدود 50 نيز رسيده است. چون در اين مخلوطها اثر مونوكسيدكربن در پلاستيسايز كردن غشاء بسيار ناچيز است. در نهايت مقايسة نتايج تجربي با نتايج شبيهسازي نشان داد كه ميتوان براي پيشبيني رفتار جداسازي مخلوطهاي گازي چندجزئي در مدولهاي الياف ميانتهي از اين شبيهسازي استفاده نمود. . سطح غشاء لازم براي جداسازي هيدروژن و مونوكسيدكربن و تنظيم نسبت گاز سنتز درحد دلخواه با شرايط عملياتي مختلف توسط مدل محاسبه شد. در انجام اين محاسبات از تراوشپذيري گازها در مخلوط كه از آزمايش بدست آمده بود، استفاده شد. بديهي است كه در اين صورت سطح محاسبه شده براي غشاء به ميزان واقعي آن نزديكتر خواهد بود.