دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

افزایش راندمان حذف رطوبت از گاز توسط دسیکنت ها از طریق افزودنی به آنها

چکیده:

امروزه به دلیل مصارف عمده گاز طبیعی در صنایع پتروشیمی و وجود مزایایی سوخت گاز طبیعی نسبت به مواد نفتی، استراتژی استفاده از گاز طبیعی در تولید انرژی و محصولات مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی گاز طبیعی که عمدتا متان است، حاوی بخارات آب، گازهای اسیدی (Co2,H2s) و هیدروکربن های سنگین (C6 به بالا) هستند. این اجزاء همراه، مشکلاتی را از قبیل خوردگی، دوفازی شدن و تشکیل هیدرات را به وجود می آورند رطوبت موجود در گاز علاوه بر خوردگی، بر راکتورها اثر منفی می گذارد و باعث دی اکتیو شدن کاتالیست می شود به همین جهت فرآیند جذب رطوبت از گاز بسیار مهم تلقی شده است.

روش های مختلفی برای جذب وجود دارد. اما زمانی میزان رطوبت کم باشد از جذب سطحی استفاده خواهد شد دسیکنت ها عمدتا توسط خواص سطح و فشار بخار اشباع ارزیابی و انتخاب می شود. یک جاذب ممکن است آبدوست یا آبگریز باشد که هرکدام مزیت خاص خود را دارد. برای افزایش راندمان کلی جذب می توان از جاذب های ترکیبی استفاده کرد. برای ساخت جاذب های ترکیبی از دسیکنت هایی مثل (سیلیکاژل، ملکولارسیو، آلومینای فعال،…) به عنوان جاذب پایه استفاده می شود و جاذب هایی از قبیل (کلرید کلسیم، برمیدلیتیم و کلرید لیتیم) به عنوان افزودنی به جاذب خالص اضافه می شود. که براساس نوع مواد ترکیب شده و درصد آنها راندمان جذب تغییر خواهد کرد. در این پروژه با توجه به قابلیت جذب دسیکنت ها و قیمت آنها یک جاذب پایه و ماده افزودنی مناسب برای جذب رطوبت هوا انتخاب شده سپس جاذب ترکیبی ساخته خواهد شد و با انجام آزمایش بر روی جاذب ترکیبی ساخته شده با درصدهای مختلف، پارامترهای موثر روی راندمان جذب مورد مطالعه قرار می گیرد، پس از دریافت نتایج و داده ها، شرایط عملیاتی بهینه بررسی خواهد شد.

مقدمه:

جاذب های رطوبت بخصوص جاذب های جامد، برای جذب بخار آب در عمل رطوبت زدایی در صنایع مختلف مانند صنایع غذایی، معدنی، نفت و پتروشیمی، دارویی و تهویه مطبوع نقش بسزایی را ایفا می کنند. از اینرو همواره خواص و کیفیت جاذب ها و بهبود کارایی آنها مدنظر بوده است. اخیرا برای افزایش راندکان کلی جذب از جاذب های ترکیبی استفاده می کنند. که براساس نوع مواد ترکیب شده و درصد آنها راندمان جذب تغییر خواهد کرد. شکل و اندازه منافذ ایجاد شده در کامپوزیت اثر بسیار زیادی روی میزان جذب بخار آب دارد.

افراد بسیاری در این زمینه فعالیت کرده اند. یوری آریستو و همکاران به عنوان پیشگامان در این موضوع مواد مختلفی را بررسی نموده و ایزوترم های آنها را به دست آورده اند. آنها ساختار مولکولی و تأثیرات مخرب و مفیدی که در اثر افزوذن ماده دیگر به وجود می آید بررسی کرده اند. آنها موادی مانند سولفات مس، سولفات منیزیم و سولفات سدیم را در ترکیب با سیلیکاژل بررسی کرده و اثراتی که در میزان جذب رطوبت، دمای احیاء و زمان احیاء می گذارد، بررسی نمودند. آنها دریافتند که با نشاندن یک ماده جاذب الرطوبه بر روی سطح یک جاذب رطوبت میزان جذب افزایش می یابد. دائو آزمایشاتی انجام داده و تأثیر استفاده از جاذب های ترکیبی را در یک سیستم تهویه مطبوع بررسی کرده است. او با استفاده از داده های تجربی نشان داد که استفاده از یک جاذب ترکیبی در یک سیستم تهویه مطبوع باعث کاهش مصرف انرژی جهت سردسازی می شود.

لاریسا نیز ترکیب کلرید کلسیم و سیلیکاژل به روش اشباع سازی را بررسی نموده و نتایج تجربی به دست آمده نشان داد که عمر مفید جاذب های ترکیبی به مراتب کمتر از جاذب های معمولی است و این به دلیل خرد شدن جاذب ها در هنگام احیاء می باشد. او نشان داد با اینکه افزایش قابل توجهی در ظرفیت جذب به وجود می آید، اما استفاده مکرر از جاذب در سیستم جذب باعث خرد شدن (degradation) جاذب می گردد.

علاوه بر تحقیقات انجام شده برای ترکیب دو یا چند ماده جاذب رطوبت، تحقیقاتی نیز جهت ترکیب با موادی که جاذب الرطوبه نیستند نیز صورت گرفته است. چون فرآیند جذب اصولا یک فرآیند گرمازا است این مواد بیشتر برای افزایش میزان انتقال حرارت در بستر صورت گرفته است. در تولید این مواد با نشاندن ماده جاذب بر روی یک ماده خنثی که دارای ظرفیت حرارتی بیشتری نسبت به ماده جاذب می باشد سعی می شود از افزایش دما در روی سطح جاذب به هنگام جذب جلوگیری گردد و با این عمل راندمان جذب افزایش یابد. روش تولید جاذب های ترکیبی از این دسته غالبا پیچیده تر از تهیه به روش اشباع سازی می باشد.

ویلما کوستا و جوز کنکالوس با استفاده از روش سل – ژل موفق به ساخت جاذب ترکیبی سیلیکاژل – تیتانا شدند. این جاذب می تواند تا دمای 600 درجه سانتیگراد را تحمل کند. این کامپوزیت با روش هیدرولیز دو مرحله ای در محلول اسیدی تهیه می گردد.

در این تحقیق سیستم به صورت یک بستر جاذب که جریان گاز مرطوب از درون آن عبور می کند در نظر گرفته می شود و مخلوط جاذب و ماده پایه به شکل محیط متخلخل میکروسکوپی که اندازه و نوع منافذ یکسان، یعنی منافذ محیط متخلخل، یکنواخت می باشد، فرض می شود و با استفاده از دیدگاه نفوذ ملکولی به داخل محیط متخلخل، مقدار جذب در آن مورد بررسی قرار گرفته و اثر پارامترهایی همچون درصد اختلاط و خواص و تخلخل ماده بر میزان جذب تعیین می گردد. همچنین تاثیر دما در میزان جذب نیز در نظر گرفته می شود.

به این ترتیب در ابتدا معادلات نفوذ در داخل محیط متخلخل به همراه موازنه های جرم و انرژی و شرایط مرزی مربوطه در حالت گذرا ارائه می شود و بعد از حل آنها، اثر پارامترهای مختلف بر روی جذب مشخص می گردد.

جاذب خالصی که برای بررسی فرآیند جذب انتخاب گشته، ماده سیلیکاژل می باشد. اگرچه سیلیکاژل مدت هاست که به عنوان جاذب مورد استفاده قرار می گیرد، اما جزئیات فرآیند انتقال رطوبت و حرارت درون ذرات سیلیکاژل هنوز کاملا مشخص نشده است. همچنین در این فرآیند کلرید لیتیم به عنوان افزودنی انتخاب شده است. پس از ساخت جاذب کامپوزیت و انجام آزمایش های لازم و بررسی پارامترها، فرآیند جذب مدلسازی خواهد شد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.