عنوان پایان‌نامه
پیش بینی ظرفیت جذب دی اکسید کربن در محلول های بر پایه آمین در فرایند ام وی آر به روش کیو اس پی آر
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی – فرآوری و انتقال گاز
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1672.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71970
- تاریخ دفاع
- ۲۸ آذر ۱۳۹۴
- دانشجو
- بیژن رضایی
- استاد راهنما
- سیاوش ریاحی
- چکیده
- افزایش غلظت کربن‌دی‌اکسید در اتمسفر زمین و در نتیجه افزایش خطرات گرمایش زمین، توجه به فرایندهای جداسازی کربن‌دی‌اکسید از جریان‌های گازی را دو چندان کرده است. جداسازی با استفاده از یک چرخه‌ی جذب/دفع به کمک محلول‌های بر پایه‌ی آمین پرکاربردترین روش برای جداسازی کربن‌دی‌اکسید می‌باشد. این فرایند علی‌رغم قدمت بالا ضعف‌هایی دارد که مصرف بالای انرژی در صدر این مشکلات قرار دارد. مصرف بالای انرژی بخش احیای آمین در فرایند سنتی جداسازی کربن‌دی‌اکسید، هزینه‌ی زیادی را به صنعت تحمیل می‌کند. اخیراً پژوهشگران زیادی استفاده از تماس‌دهنده‌های غشایی را جایگزین مناسبی برای فرایند سنتی معرفی کرده‌اند. در فرایند غشایی دمای لازم برای احیاء از 120 درجه‌ی سانتی‌گراد به 75 درجه کاهش می‌یابد. این کاهش دما موجب کاهش مشکلاتی همچون مصرف بالای انرژی، از دست رفتن حلال و خوردگی می‌شود. هرچند دمای پایین باعث کند شدن سینتیک احیاء می‌شود. معمولاً برای مقابله با کاهش نرخ واکنش از پمپ خلاء در مرحله‌ی احیاء استفاده می‌شود که به فرایند MVR معروف است. متأسفانه هنوز حلال بهینه‌ی این فرایند مشخص نشده است و ارایه‌ی معیاری برای این امر کمک زیادی به تکامل این روش خواهد کرد. در این پژوهش مدلی برای پیش‌بینی ظرفیت جذب آمین در فرایند MVR ارائه شده است. همچنین برای بررسی کامل فرایند، دو مدل برای پیش‌بینی غلظت کربن‌دی‌اکسید در آمین پس از مرحله‌ی احیاء و ظرفیت چرخه‌ای توسعه یافته است. با توجه به وجود رابطه بین عملکرد آمین در فرایند غشایی و ساختار مولکولی آمین، روش رابطه‌ی کمی ساختار-ویژگی (QSPR) برای مدل‌سازی انتخاب شد. این روش از پارامترهایی که بیان ریاضی ویژگی‌های ساختاری مدل هستند، به عنوان متغیر بهره می‌برد. انتخاب بهترین متغیرها برای ساخت مدلی خطی با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت گرفت. نتایج ارزیابی مدل‌های حاصل، نشان‌دهنده‌ی قدرت بالای مدل برای پیش‌بینی می‌باشد. مدل‌های ساخته شده، معیاری برای ارزیابی اولیه‌ی عملکرد آمین در فرایند غشایی پیش از انجام هرگونه آزمایش ارائه می‌دهد. در نهایت با بررسی مدل‌های حاصل از دیدگاه مکانیسم واکنش و اعمال شرط خورندگی کم آمین نتیجه‌گیری شد که داشتن یک گروه عاملی آمین و وجود ممانعت فضایی اطراف این گروه عاملی، ویژگی‌های ساختاری لازم برای آمین مطلوب این فرایند می‌باشند.
- Abstract
- The recent increase in atmospheric carbon dioxide and consequently the growth in global warming has attracted attentions to the separation of carbon dioxide from gas streams. Separation by means of cyclic absorption/desorption using amine based solutions is the most applied method for carbon capture. In spite of its long history, this process has drawbacks which high energy consumption is on top of them. High energy demand of amine regeneration step in the conventional process inflicts large costs on industry. Recently, many researchers have proposed employing membrane contactors as a proper alternative to the conventional process. Required temperature for regeneration in the membrane process reduces from 120°C to 75°C. This temperature reduction mitigates problems such as high energy consumption, solvent loss and corrosion. However, low temperature slows down the kinetic of regeneration. To prevent the reduction in reaction rate, a vacuum pump in regeneration step is usually employed which is known as MVR. Unfortunately, an optimum solvent for the membrane process has not yet been determined and presenting a criterion for this purpose would help a lot to evolution of the process. In this study, a model for prediction of absorption capacity of amines in MVR process is presented. Also, for complete investigation of the process, two models for prediction of carbon dioxide concentration in amine after regeneration step and cyclic capacity are developed. Considering the fact that a relationship between amine performance in the membrane process and molecular structure exists, Quantitative structure-property relationship (QSPR) technique was chosen for modeling. This method uses parameters which are mathematical expressions of molecular structural characteristics, as variables. Best variables for developing linear models were selected using genetic algorithm. Results of the evaluation of developed models indicate high predictability of the models. Developed models present a criterion for primary evaluation of amine performance in the membrane process prior to performing any experiment. At last, investigating models from reaction mechanism point of view and imposing the condition of low corrosivity of amine, it was concluded that having one nitrogen and existence of steric hindrance around nitrogen are necessary structural characteristics of suitable amine for this process.
