مقاله مدل سازی ترمودینامیکی

گاز طبیعی دارای ناخالصی­هایی از قبیل دی اکسید کربن و هیدروژن سولفاید می­باشد. یکی از روش­های جداسازی این ناخالصی­ها استفاده از محلول­های آلکانول آمین­ها می­باشد. جذب دی اکسید کربن با استفاده از محلول­های آبی آمین به عنوان یک عمل گسترده صنعتی درحال انجام است. برای توسعه فرایندهای کارآمد و برای جداسازی  و  از گاز طبیعی یا گازهای حاصل از احتراق، اولین گام مدل­سازی ترمودینامیکی تعادل بخار مایع (VLE) سیستم­های شامل این گازها و محلول­های ابی امین می­باشد. مدل سازی ترمودینامیکی برای توصیف فشار جزیی  در محلول­های آبی آمین لازم است و می­تواند به تعیین انرژی لازم برای بازیابی آلکانول آمین­ها کمک کند. مقاله مدل سازی ترمودینامیکی جذب دی اکسید کربن در محلول آبی متیل دی اتانول آمین با استفاده از معادله حالت مکعبی به اضافه تجمعی (CPA) در قالب فایل ورد به همراه منبع آماده برای ویرایش و پرینت میباشد.

مقدمه مقاله مدل سازی ترمودینامیکی:

طی چند دهه­ی اخیر مطالعات فراوانی درمورد مدل سازی جذب گازهای اسیدی در آمین­ها صورت گرفته است. دانکورتس و همکاران از اولین کسانی بودند که یک مدل ترمودینامیکی برای پیش بینی حلالیت دی اکسید کربن در محلول­های آبی آلکانول آمین را توسعه دادند. آن­ها از ثابت شبه تعادلی برای واکنش جذب با در نظرگرفتن ضریب  فعالیت برابر با یک، استفاده کردند [۱]. یکی از اولین مدل­های گسترده توسط کنت و ایزنبرگ منتشر شد. آن­ها فشار جزیی CO2 و H2S در محلول­های آبی آمین را با فرض ضریب فعالیت و فوگاسیته برابر با یک و برازش کردن ثابت تعادل واکنش برای آمین­ها گسترش دادند [۲]. جو و همکاران حلالیت دی اکسید کربن و هیدروژن سولفاید را در محلول آبی متیل دی اتانول آمین و مونو اتانول آمین بررسی کردند [۳]. دشماخ و مثر مدلی را با توجه به محاسبه ضریب فعالیت و فوگاسیته بر اساس تئوری دبای-هوکل و معادلات گوگنهام گسترش دادند [۴]. اوستگن و همکاران [۵] و پوسی و روچل [۶] یک چهارچوب ترمودینامیکی برای پیش بینی حلالیت گازهای اسیدی در محلول­های آبی آمین بر پایه معادله الکترولیتی NRTL را گسترش دادند. گابریلسون و همکاران با ترکیب ثابت واکنش شیمیایی و ثابت هنری یک معادله­ی مناسب برای تخمین فشار جزئی CO2 در محلول­های آبی آمین ارائه کردند [۷]. حق طلب و  شجاعیان با استفاده از فاکتور غیرتصادفی و غیرالکترولیتی ویلسون (N-Wilson-NRF) مدلی برای پیش بینی حلالیت گازهای اسیدی در محلول های آمین ارائه کردند ]۸[.حق طلب و تفتی حلالیت گازهای اسیدی را در محلول­های آلکانول آمین به وسیله مدل غیر تصادفی و الکترولیتی UNIQUAC مورد مطالعه قرار دادند[۹]    والی و همکاران [۱۰] و چانکسی و فورست [۱۱] سیستم جذب CO2 در محلول­های آبی آمین را براساس معادلات حالت الکترولیت مورد بررسی قرار دادند. هم چنین باتون و همکاران از تئوری آماری سیال تجمعی (SAFT) برای توصیف سیستم جذب گازهای اسیدی با محلول­های آمین استفاده کردند ]۱۲[. در این رویکرد هیچ واکنش شیمیایی خاصی گنجانده نشده و برای مدلسازی از این واکنش­ها استفاده نمی شود و به نظر می­رسد که به جای واکنش­های شیمیایی از تجمع بین مولکول­های آمین و دی اکسید کربن و آب استفاده شده است. نصری­فر و  تفاضل تعادل بخار-مایع گازهای اسیدی به وسیله محلول­های آبی آمین را با استفاده از تئوری آماری سیال تجمعی با زنجیره نامنظم (PC-SAFT) ارائه کردند ]۱۳[.یکی از معادلات حالتی که در دهه گذشته ارایه شده برای مدل سازی تعادلات فازی مختلف (و در بسیاری از زمینه ها) استفاده شده معادله حالت CPA می باش تسی وینت زلیس و همکاران تعادل فازی مخلوط­های شامل دی اکسید کربن را با استفاده از معادله حالت تجمعی مکعبی (CPA) مدل سازی کردند. آنها با استفاده از معادله حالت CPA مخلوط های دوتایی شامل دی اکسید کربن را با آب، الکل و گلایکول مدل سازی کردند [۱۴]. ماریانا و همکاران معادله CPA را  برای مدل سازی سیستم های شامل CO2 و آلکان­ها، الکل­ها­، اسیدها و استرها به کار گرفتند [۱۵].

کارشولم و همکاران [۱۶] پارامترهای معادله­ای حالت CPA را برای آمین­ها ارائه کردند. آن­ها پارامترهای معادله­ حالت CPA را از برازش داده­های فشار بخار و دانسیته به دست آوردند. آن­ها پارامترهای معادله­ی حالت CPA را برای اتیل آمین ، دی اتیل آمین و متیل آمین با درنظر گرفتن طرح تجمعی ۲B به دست آوردندآولاند  و همکاران [۱۷] پارامترهای معادله­ حالت CPA را برای سه آمین MEA ، DEA و  MEDA ارائه کردند. باتوجه به اینکه طرح ۴C نسبت به طرح ۲B بهتر است، بنابراین برای هر سه آلکانوآمین طرح ۴C در نظر­گرفته شده است.با توجه به این که معادله­ی حالت CPA نتایج رضایت بخشی برای پیش بینی خواص مواد تجمعی و مخلوط های آنها از خود نشان داده و کاربرد این معادله حالت برای مخلوط­هایی شامل دی اکسید کربن، آب و آلکانول آمین­ها، در این کار سعی می شود با استفاده از این معادله حالت، حلالیت دی اکسید کربن در محلول­های آبی متیل دی اتانول آمین مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل از این کار با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گیرد تا دقت این مدل برای این نوع سیستم­ها مشخص شود.

مدلسازی ترمودینامیکی
مدلسازی ترمودینامیکی

پارامترهای جزء خالص:

مطابق با مدل CPA ، برای ترکیبات خالص تجمعی به سه پارامتر  برای بخش فیزیکی ((SRK و دو پارامتر  برای بخش تجمعی مورد نیاز است. پارامترهای ترکیبات خالص، استفاده شده در این کار در جدول ۱ گزارش شده است که این مقادیر از مراجع [۱۹-۱۷] اقتباس شده است.

 

جدول ۱- مقادیر پارامترهای معادله حالت CPA

سیالطرح تجمعیTc (K)a0 (L2 bar/mol2)b (L/mol)C1
آب۴C۳/۶۴۷۲۲۷۷/۱۰۱۴۵/۰۶۷۳۶/۰۵۵/۱۶۶۰۶۹۲/۰
متیل دی اتانول آمین۴C۹/۷۴۱۶۵۹/۲۱۱۱۱۴/۰۳۳۷۱/۱۵۹/۱۶۱۰۳۳۲/۰
دی اکسید کربن۲/۳۰۴۵۰۷۹/۳۰۲۷۲/۰۷۶۰۲/۰
۳B۰۵۵۸/۳۰۲۸۱/۰۶۷۰۳/۶۸/۵۱۰۴۱۱/۰
۴C۱۴۰۴/۳۰۲۸۴/۰۶۹۱۴/۰۲۳/۳۹۰۲۹۷/۰

 

برای سیستم سه تایی دی اکسید کربن، آب و متیل دی اتانول آمین احتیاج به دو پارامتر انرژی و حجم تجمعی مربوط به همه سیستم­های دوتایی شامل مواد خالص فوق می­باشد. پارامترهای مربوط به انرژی و حجم تجمعی بین دی اکسید کربن و آب از مرجع [۱۴] برگرفته شده است که این داده­ها در جدول ۲ ذکر گردیده اند. این پارامترها بین آب و متیل دی اتانول آمین با استفاده از معادله (۹) محاسبه گردیده­اند. چون داده­های تعادلی برای سیستم دو جزیی دی اکسید کربن و متیل دی اتانول آمین وجود ندارد بنابراین پارامترهای انرژی و حجم تجمعی بین دی اکسید کربن و متیل دی اتانول آمین با استفاده از سیستم سه جزیی و از طریق بهینه سازی حاصل گردیده­اند. علاوه بر این، برای مدل سازی سیستم سه تایی مذکور، پارامتر برهم کنش­دوتایی  مربوط به سیستم­های دوتایی شامل مواد خالص فوق مورد نیاز می­باشد. در این روش پارامتر برهم­کنش دوتایی بین آب و متیل دی اتانول آمین را برابر با ۰۸۷/۰- در نظر گرفته که این مقدار از مرجع [۱۷] اقتباس شده است. هم چنین این پارامتر بین دی اکسید کربن و متیل دی اتانول آمین برابر با صفر در نظر گرفته شده است. پارامتر برهم­کنش دوتایی بین دی اکسید کربن و آب در جدول ۲ گزارش گردیده است.

نتیجه ­گیری:

در این کار تعادل بخار-مایع (VLE) سیستم سه تایی دی اکسید کربن-آب-متیل دی اتانول آمین در دماهای مختلف و در درصدهای وزنی متفاوت متیل دی اتانول آمین به منظور محاسبه حلالیت دی اکسید کربن در محلول متیل دی اتانول آمین با استفاده از معادله­ی حالت مکعبی به اضافه تجمعی (CPA) مدل سازی شده است. نتایج به دست آمده با استفاده از معادله­ی حالت CPA هم خوانی خوبی با داده­های آزمایشگاهی برای سیستم سه تایی دارد. نتایج حاصل از طرح تجمعی ۴C نسبت به طرح تجمعی ۳B و بدون طرح تجمعی خطای کمتری را نشان می­دهد. مقایسه­ی نتایج به دست آمده از این کار با مدل­های (clegg-pitzer) و (N-wilson-NRF) در۳۵ درصد وزنی متیل دی اتانول آمین نشان می­دهد که نتایج حاصل از مدل CPA و طرح تجمعی ۴C برای   CO2نسبت به دو مدل دیگر رضایت بخش­تر است.

مطلب بالا چکیده‌ای از تحقیق و پژوهش اصلی میباشد جهت تهیه نسخه کامل آن از باکس زیر اقدام به خرید و دانلود نمایید
لینک خرید پژوهش مقاله مدل سازی ترمودینامیکی:
تحویل فوری و خودکار فایل با لینک مستقیم بعد از پرداخت
تعداد صفحه: 11
قالب: فایل word

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *