شبیه سازی و مدل سازی ریاضی زدودن CO2 از محلول مونو اتانول آمین با استفاده از کنتاکتورهای غشای نانومتخلخل

متن اصلی و ترجمه مقاله 

Mathematical modeling and simulation of CO2 stripping from monoethanolamine solution using nano porous membrane contactors

ناشر :

اِلزِویر Elsevier

چکیده شبیه سازی و مدل سازی ریاضی زدودن CO2 از محلول مونو اتانول آمین با استفاده از کنتاکتورهای غشای نانومتخلخ

به منظور شبیه سازی جریان و غلظت در یک کنتاکتور غشایی برای زدودن CO2 در دمای عملیاتی بالا، مدل جدید برپایه آنالیز عناصر محدود که به وسیله ی نرم افزار COMSOL ساخته شده است. با حل معادلات ۲ بعدی Navier–Stokes و همچنین معادلات بقای جرم مدل CFD برای شرایط حالت پایدار در کنتاکتورهای غشای پلیمری، توسعه داده شد. مدل زمینه های سرعت و غلظت CO2 در امتداد غشاء تحت رژیم جریان باریک پیش بیننی می کند. کنتاکتورهای غشایی به سه محفظه تقسیم می شوند: تیوپ، پوسته وغشای میکرومتخلخل . یافته های مدل برای زدودن CO2 با استفاده از کنتاکتورهای غشایی با داده های تجربی و آزمایشی مقایسه شد تا به مدل انقتال جرم پیشنهاد شده اعتبار بخشیده و توافقات زیادی را نشان دهد. علاوه بر این، شبیه سازی نتایج نشان داد که مقاومت انتقال جرم فاز گازی اثری جزئی بر روی جریان زدودن CO2 دارد. افزایش دما و سرعت فاز مایع باعث افزایش جریان زدودن CO2 می شود.

• مقدمه شبیه سازی و مدل سازی ریاضی زدودن CO2 از محلول مونو اتانول آمین با استفاده از کنتاکتورهای غشای نانومتخلخل

در سال های اخیر، محدود ساختن انتشار گازهای گلخانه ای به محیط زیست به یک موضوع اصلی در فرایندهای صنعتی تبدیل شده است (Medina-Gonzalez و همکارانش ۲۰۱۲، Porcheron و Drozdz 2009). CO2 بعنوان مهم ترین گاز گلخانه ای شناخته شده است که عمدتا توسط فعالیت های صنعتی منتشر می شود. جذب CO2 در محلول  آمین بعنوان موثرترین روش گرفتن و تسخیر CO2  به کار برده می شود. بازگرداندن جذب (زدودن) CO2 از محلول آمین بخش عمده ای از فرایند جذب- زدودن است. فرایند جداسازی و تفکیک سنتی به منظور حذف CO2 از مخلوط های گازی معمولا در دو ستون بدون تماس جداگانه انجام میگیرد، نخست برای جذب CO2 و سپس برای بازگرداندن جذب (زدودن) CO2. این دو واحد با یکدیگر نیروگاه (کارخانه) حذف کردن CO2 را تشکیل می دهند. در واقع، سیستم جذب آمین، برای مثال شرکت Petronas Fertilizer در مالزی و پروژه Sleipner در نروژ نیروگاه های کنونی بیشترین گرفتن و تسخیر CO2 هستند. از این رو، جذب CO2 توجه تحقیقات عمیق زیادی را به خود جلب کرده است  (Chang و Shih 2005، Koonaphapdeelert و همکارانش ۲۰۰۹)

کنتاکتورهای غشایی یک ارتباط رهای پراکنده بین فازهای گازی و مایع از طریق غشای میکرو متخلخل برای جذب گاز یا استخراج مایع فراهم می آورد. در این تجهیزات و وسایل جدید، منطقه سطحی و مشترک شناخته شده و ثابت است. حالت دوم اجازه عملیاتی را می دهد که در مقایسه با کنتاکتور فاز پراکنده معمولی بسیار آسانتر پیش بینی می شود. علاوه بر این، افزایش به نسبت بالای کنتاکتورهای غشایی می تواند عملا خطی باشد (منصوری زاده و اسماعیلی ۲۰۱۱، Yeon و همکاران۲۰۰۳).

انتقال جرم از طریق کنتاکتورهای غشایی توسط پژوهشگران بسیاری بررسی شده است. معمولا مدل مقاومت در سری ها برای بیان انتقال جرم در کنتاکتورهای غشایی در شرایط حالت پایدار و به منظور تعیین ضریب انتقال جرم فردی برای هر فاز به کار برده می شود (Gabelman و Hwang 1999، Phattaranawik و همکاران ۲۰۰۵). روش های مدلسازی دیگر براساس حل معادلات حفاظت از محیط زیست برای گونه ها در تمامی فازها است. در این روش معادلات حفاظت از محیط زیست مانند تداوم، انرژی و معادلات حرکت (شتاب) هستد که بوسیله ی روش عددی برپایه  تکنیک های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) حل شده و استخراج شده اند.  تعدادی از نویسندگان از این روش برای شبیه سازی تفکیک گاز و استخراج حلال های انجام شده در HFMC استفاده کرده اند. نتایج آنها، توافق های خوبی بین نتایج شبیه سازی شده و تجربی نشان میدهد (Al-Marzouqi et al., 2008a,b; Fasihi et al., 2012; Marjani and Shirazian, 2011; Rezakazemi et al., 2011a,b; Shirazian et al., 2009, 2011, 2012; Sohrabi et al., 2011).

ادامه با خرید و دانلود

مطالعه بیشتر