عنوان پایان‌نامه
مدلسازی و شبیه سازی تراوش گاز در غشاهای بهبود یافته پلیمری با نانو ذرات
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی – فرآوری و انتقال گاز
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1455.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 63754
- تاریخ دفاع
- ۲۱ خرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- آرمان حکیمی جاوید
- چکیده
- مدلسازی انتقال گاز در غشاها به¬منظور آشنایی با پارامترهای تاثیرگذار و درک بهتر پدیده نفوذ اجزا از غشا انجام می¬شود. در این پژوهش مدلسازی عبور گاز از غشای پلیمری خالص و بستر آمیخته PDMS/4A به¬صورت یک بعدی و در جهت عرض غشا انجام شده است. ابتدا معادلات حاکم برای عبور گاز از عرض غشاهای پلیمری و زئولیتی نوشته شده، سپس معادلات حاکم با بسته نرم افزاری COMSOL حل شده است. برای مدلسازی غشای پلیمری، مدلی بر پایه قانون فیک و برای مدلسازی غشای زئولیتی، مدل بر پایه معادلات استفان-ماکسول بیان شده است. برای بررسی تاثیر حضور نانو ذرات زئولیت در تراوایی غشا، مدلسازی تراوایی گازهای خالص دی¬اکسیدکربن، متان و پروپان در فشارهای 2 تا 7 بار و نانو زئولیت 4A با بارگذاری¬های 10، 20، 30، 40 و 50 درصد وزنی صورت پذیرفته و با داده¬های تجربی مقایسه شده¬اند. به¬منظور مدلسازی غشاهای بستر آمیخته، مدل¬های ماکسول، لوئیس نیلسون، ماکسول بهبود یافته، فلسک و مدل فلسک بهبود یافته مورد استفاده قرار گرفته است. تاثیر افزایش فشار بر روی تراوایی گازهای دی¬اکسید کربن، متان و پروپان در پلیمر خالص بررسی گردیده است. خطای شبیه¬سازی برای تراوایی دی¬اکسیدکربن و متان کمتر از 3/0درصد و برای گاز پروپان برای فشارهای کمتر از 5 بار، خطای کمتر از 2 درصد به دست آمد. در غشاهای بستر آمیخته مدل¬های فلسک، فلسک بهبود یافته و مدل ماکسول بهبود یافته در حالت پلیمر سخت شده برای گاز دی¬اکسیدکربن تا بارگذاری 40 و برای متان تا بارگذاری 30 درصد وزنی، خطای کمتر از 10 درصد و برای گاز پروپان در بارگذاری¬های تا 20 درصد وزنی خطای کمتر از 5 درصد به دست آمده است. در بارگذاری¬های بالا، تنها مدل ماکسول بهبود یافته بهترین مدل برای پیش¬بینی تراوایی گازهای دی¬اکسیدکربن، متان و پروپان در غشای بستر آمیخته PDMS/4A بوده است.
- Abstract
- Modeling of permeation in mixed matrix membranes can elucidate the role of various parameters in the preparation of the membranes. In this study gas permeation modeling through pure PDMS and PDMS/4A mixed matrix membrane in one-dimension has been done. Mathematical model basis of Fick’s low for polymeric membrane and Maxwell-Estefan for zeolitic membrane was established for predicting permeation behavior of pure CO2, CH4 and C3H8 gases. Effects of feed pressure (2 to 7 bar) and nano zeolite 4A content (10 to 50 % wt) on permeation of single-phase neat PDMS and different PDMS-based MMMs were investigated. Several permeation models such as Maxwell, modified Maxwell, Lewis-Nielson, Felske and modified Felske are used in this study to predict gas permeation in MMMs. Results compared with experimental study. We showed that Felske, modified Felske and modified Maxwell models have good prediction results compared with other models. For high zeolite loadings modified Maxwell model showed best agreement with experimental results.
