دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
”M.SC ” پایان نامه برای در یافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی شیمی- مهندسی شیمی
عنوان :
مدلسازی فرایند تراوش تبخیری

چکیده:
هدف از این پروژه ارائه مدلی است که قادر باشد رفتار غشای پلیمر غیر متخلخل را در فرایند جداسازی تراوش
تبخیری برای جداکردن متانول از آب پیش بینی کند.
امروزه فرایندهای غشایی به عنوان یک تکنیک مهم جداسازی مورد توجه قرار گرفته و کاربرد وسیعی در زمینه
های مختلف پیدا کرده اند .هر فر ایند جداسازی غشایی با استفاده از یک غشا، موجب انتقال یک جزء به صورت
انتخابی از دیگر اجزاء می شو د .این جداسازی به د لیل اختلاف ها در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی غشا واجزاء
تراوایی می باشند .در واقع انتقال از درون غشا به دلیل یک نیروی محرکه اتفاق می افتد .که این نیروی محرکه می
تواند گرادیان فشار ،غلظت،پتانسیل الکتریکی یا دما باشد.
معرفی ( kobber) فر ایند تراوش تبخیری به عنوان یکی از انواع فر ایندهای غشایی در سال ۱۹۱۷ توسط کوبر
شد .با افز ایش هزینه های انرژی نفت در اوایل دهه ۱۹۷٠ فرایند تراوش تبخیری مورد توجه قرار گرفت . با توجه
به این که مکانی سم جداسازی در فرایند تراوش تبخیری بر پایه حلا لیت نفوذ می باشد .در مقایسه با مکانی سم
فرایند تقطیر که بر پایه اختلاف درنقطه جوش می باشد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.
به طور کلی فرایند تراوش تبخیری را می توان به سه مرحله زیر تقسیم کرد:
١- جذب انتخابی غشا در سمت خوراک
٢- نفوذ گزینشی درون غشا
( permeate) ٣- دفع یک بخار در سمت تراوایی
با توجه به وجود دو فاز در فرایند تراوش تبخیری (فاز مایع در سمت خوراک و فاز بخار در سمت
توصیف رفتار انتقال این فرایند بسیار پیچیده است. ، ( (permeate) تراوایی
تلاش های ز یادی برای توسعه یک مدل مناسب انتقال جرم برای توصیف رفتار فر ایند جداسازی تراوش تبخیری
صورت گرفته است .مدلی که در این پروژه ارائه می شود مدل فلاکس استفان ماکسول بسط داده شده در سیستم
سه جزئی بر پایه ترمودینامیک بازگشت ناپذیر است .مزیت اصلی رابطه استفان ماکسول بر پایه ترمودینامیک 
بازگشت ناپذیر ،پارامترهای نفوذ و نیروی محرکه است که اهمیت و خصوصیات خود را در فرایندهای مختلف
غشایی حفظ می کنند .بعلاوه نفوذهای دوتایی استفان ماکسول در مخلوط های چند جزئی خصوصیات فیزیکی
خود را نگه می دارند.در حالیکه برای نفوذ فیک وسایر ضرایب نفوذ دو تایی چنین ویژگی بر قرار نیست.
بر هم کنش های ترمودینامیکی از طریق اصلاح معادله کلاسی کفلوری هاگینز برای سیستم سه تایی به منظور
توصیف تعادل پلیمر-مایع و پلیمر _بخار با استفاده از یک دسته پارامترهای قابل تنظیم به کار گرفته شدند.
نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل پیشنهادی ،با وجود پارامترهای تعادل ونفوذ دوتایی ،توانایی توصیف
فر ایند تراوش تبخیری چند جزئی را دار د .در واقع مزیت این روش شامل تعیین پارامترهای بر هم کنش تعادلی
دوتایی از جذب همدمای بخار خالص و تعیین ضر ایب نفوذ استفان ماکسول از تغییرات فلاکس تراوایی جزء خالص
با فشار تراوایی است.
در انتها می توان این مدل را در شر ایط غیر یکنواخت و یا برای سایر غشاهای غیر متخلخل پلیمری وخوراک های
دیگر بسط داد و صحت فرضیات فوق را نتیجه گرفت.

فصل اول
فرایندهای جداسازی

1-1- مقدمه:
بسیاری از عملیات مهندسی شیمی با مسأله تغییر غلظت در محلول ها و مخلوط ها سرو کار دارن د .
که این تغییرات الزامًا توسط واکنش های شیمیایی صورت نمی پذیرند . این عملیات بیشتر به
جداسازی مخلوط ها به سازنده های آنها مربوط می شو د . در مورد مخلوط ها این اعم ا ل ممکن است به
یک مخلوط معلق و جدا نمودن جزء ج ا مد از مایع (Filtration) طرق کام ً لا مکانیکی مانند صاف کردن
و یا جداسازی اجزاء مختلف و خرد شده یک مخلوط با اندازه های مختلف از طریق غربال کرد ن و
جداسازی ذرات جامد آسیاب شده با استفاده از اختلاف جرم ویژه آنها صور ت گیرد . از طرف دیگر در
صورتی که عملیات مورد نظر سبب به وجود آمدن تغییراتی درترکیب مخلوط ها شود آنها را عملیات
انتقال جرم می نامن د . اهمیت این عملیات کام ً لا واضح است چون ندرتًا می توان یک فرآیند شیمیایی
را یافت که نیاز به خالص سازی اولیه مواد خام و یا جداساز ی نهائی محصولات از محصولات جانبی
حاصله از واکنش نداشته باشد و به دلائل مذکو ر ، عملیات انتقال جرم عمومًا مورد استفاده قرار
می گیرند. با مشاهده برج های تقطیر متعدد در یک پالایشگاه نفت دیده می شود که در هریک از آنها
عملیات انتقال جرم صورت می پذیر د . غالبًا قسمت اعظم هزینه های مربوط به یک فرآیند صرف انجام
جداسازی های وابسته می گرد د . مخارج مربوط به این جداسازی ها و خالص سازی ها، بستگی مستقیم
به نسبت غلظت نهائ ی به غلظت ابتدایی مواد جدا شده خواهد داشت اگر این نسبت بزرگ باشد،
قیمت تمام شده محصول بالاتر خواهد رفت.
در برخی موارد عمل جداسازی منجر به حصول یک فاز خالص خواهد گردی د . زیرا که یکی از فازها
در حالت تعادلی با فاز دیگ ر ، فقط حاوی یک جزء خواهد بو د . مث ً لا بخار آب در حالت تعادل با محلول
آب نمک هرگز حاوی نمک نخواهد بود.

وقتی دو فاز با هم در تماسند بلافاصله به تعادل نم ی رسند. بنابراین سیستم به مرور زمان در اثر
نفوذ کند سازنده ها از یک فاز به فاز دیگر به تعادل نزدیک می شو د . لذا جداسازی هرگز کامل نخواهد بود. با توجه به وجود سه فاز گاز، جامد و مایع امکان مجاور شدن دو فاز را به شش صورت خواهیم داشت.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.