نام و نام خانوادگی : سعید جهان فر
عنوان پایان نامه : مدلسازی غشاهای چندلایه الیاف توخالی مورداستفاده در جداسازی CO2/CH4
رشته تحصیلی : مهندسی شیمی – جداسازی
مقطع تحصیلی : کارشناسی ارشد
استاد راهنما : دکتر بنفشه سلطانی
چکیده : در این پژوهش مدلهای ریاضی ساده و جامع در شرایط ایده آل و غیر ایدهآل برای بررسی فرآیند جداسازی مخلوط گازهای دوتایی توسط مدولهای غشایی الیاف توخالی نامتقارن در حالت جریان غیر همسو ارائه شدند. شرایط غیرایده آل در نظر گرفته شد در مدل جامع شامل، رفتار واقعی گاز، تغییرات فشار در امتداد الیاف در هر دو طرف غشاء، وابستگی ویسکوزیته به دما، فشار و غلظت، قطبش غلظتی، اثر ژول-تامسون و وابستگی تراوایی به دما میباشند. معادلات دیفرانسیل معمولی حاکم با استفاده روش عددی رانگ-کاتای مرتبه چهارم به کمک نرم افزار متلب حل شدند. مدلهای ارائه شده با استفاده داده های تجربی موجود در منابع در شرایط یکسان صحت سنجی و ارزیابی شدند.
با استفاده از مدل ارائه شده در شرایط غیرایدهال، اثر پارامترهای مهم طول فعال الیاف، ترکیب درصد خوراک، دما و فشار خوراک بر عملکرد فرآیند جداسازی مخلوط گازی CO2/CH4 توسط مدول غشایی الیاف توخالی بررسی شدند. نتایج حاصل نشان دادند که افزایش طول الیاف منجر به کاهش خلوص CO2 در جریان تراوا و البته افزایش خلوص CH4 در جریان ناتراوا شده است. اثر ترکیب درصد خوراک روی عملکرد فرآیند بسیار زیاد بوده و به طوریکه با افزایش درصد CO2 در خوراک، خلوص CO2 در جریان تراوا افزایش و خلوص CH4 در جریان ناتراوا کاهش یافته است. اثر دمای خوراک روی عملکرد فرآیند ناچیز بوده ولی با افزایش دمای خوراک خلوص هر دو جریان به مقدار کمی بهبود یافته. اثر فشار یک روند غیر خطی داشته به این صورت که ابتدا با افزایش فشار خلوص هر دو جریان افزایش ولی افزایش بیش از حد فشار منجر به کاهش خلوص جریانها شده است.
همچنین بهینه سازی فرآیند توسط الگوریتم ژنتیک با سه تابع هدف انجام گرفت. نتایج حاصل نشان دادند که وقتی تابع هدف ترکیب درصد CO2 در جریان تراوای خروجی باشد، کمترین طول الیاف، بیشترین درصد CO2 در خوراک و یک فشار متوسط انتخاب شده است. در حالتی که تابع هدف ترکیب درصد CH4 در جریان تراوای خروجی باشد، بیشترین طول الیاف، کمترین درصد CO2 در خوراک و بیشینه فشار انتخاب شده است. و موقعی که خلوص هر دو جریان مد نظر باشد، طول الیاف بالا، فشار متوسط و یک حد واسط از درصد CO2 در خوراک برگزیده شده است. در این شرایط بهینه ترکیب درصد CO2 در جریان تراوای خروجی و ترکیب درصد CH4 در جریان ناتراوای خروجی به ترتیب 35/68 و 82/67 بدست آمده است.
کلمات کلیدی: مدلسازی، بهینهسازی، جداسازی، غشاء، الیاف توخالی
تاریخ دفاع: زمستان 97