عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی و مدل سازی دینامیک بسترهای نانو جاذب کربنی به منظور جذب و جداسازی آلاینده های گازی از مخلوط گاز سنتز
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1665.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72665;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1665.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72665
- تاریخ دفاع
- ۱۱ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- جواد تمنانلو
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- در این پروژه به بررسی تجربی و مدل‌سازی رایانه‌ای جذب ناخالصی‌های عمده (متان و دی‌اکسید کربن) همراه هیدروژن در گاز سنتز توسط جاذب‌های نانو کربنی پرداخته‌شده است. جاذب‌های مورداستفاده شامل دو نوع کربن فعال خریداری‌شده و نیز دو نوع کربن فعال تغییریافته با تشکیل فیبرهای کربنی بوده است. در بخشی از این تحقیق آزمایش‌های جذب استاتیک به‌منظور تعیین ایزوترم های تعادلی و پارامترهای آن در بازه فشار یک تا ده بار و دمای 30 و 60 درجه سانتیگراد انجام شد. پارامترهای مدل ایزوترم تعادلی لانگمویر و ظرفیت جذب گازهای دی‌اکسید کربن، متان، مونواکسید کربن و هیدروژن بر روی کربن های فعال و کربن های فعال تغییر یافته با نانو فیبر تعیین گردید. بخش دوم آزمایش ها شامل بررسی جذب دینامیک مخلوط گازها شامل 78% هیدروژن، 20% دی اکسید کربن و 2% متان بوده است که جهت تعیین منحنی های گذر هر یک از اجزاء در بسترهای کربنی بکار برده شده است. مدل‌سازی دینامیک جذب بر اساس موازنه های جرم و انرژی در بستر انجام شد و با کمک شبیه ساز ASPEN ADSIM نمودارهای گذر شبیه سازی شد، و در نهایت با تطبیق نتایج نمودار گذر اجزاء و تطابق بر روی داده های تجربی پارامترهای سینتیکی جذب تنظیم گردید. در بخش تجربی، آنالیز حساسیت برای فاکتور فشار انجام شد که در بالاترین فشار (پنج بار)، بستر کربن فعال به ترتیب بعد از گذشت 15 و 25 دقیقه به متان و دی اکسید کربن اجازه عبور دادند در حالی که این زمان ها برای بستر کربن فعال اصلاح شده با نانوفیبربه ترتیب به 20 و 32 دقیقه رسید. نتایج حاصل نشان می دهد که کربن فعال تغییریافته با نانو فیبرنسبت به کربن فعال معمولی قادر است گازهای متان و دی اکسید کربن با راندمان بالاتری از جریان هیدروژن جذب و جدا سازی کند.
- Abstract
- The present study deals with experimental investigation and simulation of adsorption beds of carbon nonstructural materials; Two kinds of activated carbons, domestic and foreign, were undergone a surface treatment by growing carbon nanofibers on their surfaces to augment their specific surface area and improve their adsorptive characteristics. This research has two parts; in the first part, equilibrium adsorption experiments were conducted on these four samples to evaluate their adsorption capacity of pure gases of CO2, CH4, CO and H2 in a pressure range of 1 to 10 bar and the temperatures of 303K and 333K. Then the resulted equilibrium data were used to estimate the parameters of the Langmuir isotherm. In the second part, a mixture of 78% H2, 20% CO2 and 2% CH4 was prepared and then used for obtaining breakthrough curves of CO2 and CH4 through adsorption beds of the activated carbon samples and the treated ones at 3 levels of pressure (0.89, 3.0 and 5.0 bar). Mass and energy equations were derived from conservation laws. A multicomponent adsorption model was developed for simulating the breakthrough curves of the mixture of H2, CO2 and CH4 and it was implemented on ASPEN ADSIM platform. The kinetic parameters were estimated and validated by experimental data. Sensitivity analyses were made to investigate the influence of the overall mass transfer coefficients and molecular diffusivities on the performance of adsorption beds.
