عنوان پایان‌نامه
مدل سازی تعادل فازی گاز-جامد درسیستم های جذب گازهای سبک (هیدروژن-متان) درنانولواله های کربنی چنددیواره
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 874.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 42868
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۸۸
- دانشجو
- فرزانه غزنوی
- استاد راهنما
- شهره فاطمی, علیرضا بهرامیان
- چکیده
- گاز طبیعی ترکیبی از متان، دی اکسید کربن، نیتروژن و هیدروکربن های سنگین تر می باشد. حضور دی اکسید کربن یک ناخالصی در گاز طبیعی است زیرا باعث کاهش محتوای انرژی گاز طبیعی شده و به دلیل خاصیت اسیدی در حضور آب ایجاد خوردگی می کند. به‌علاوه، جداسازی دی‌اکسید کربن تولیدشده در اثر فرآیند رفرمینگ از هیدروژن به‌منظور دستیابی به گاز هیدروژن خالص‌تر، از دیگر مشکلات قابل تأمل در صنعت می‌باشد. یکی از روش‌های مورد تحقیق در زمینه جذب و جداسازی گازها استفاده از نانولوله‌های کربنی چند دیواره به عنوان جاذب گاز های چهار قطبی مانند دی اکسید کربن از متان و هیدروژن می‌باشد. اخیراً با توجه به استفاده از جاذب های جدید، پیشرفت قابل توجهی در علم و تکنولوژی جذب سطحی ایجاد شده است. بنابراین داشتن اطلاعاتی از تعادل جذب سطحی چند جزئی برای طراحی فرایندهای جداسازی براساس جذب سطحی ضروری می باشد. در پایان نامه حاضر، پیش بینی تعادل جذب سطحی دو جزئی دی اکسیدکربن- متان از پارامتر های تک جزئی این گاز ها با استفاده از مدل انرژی گیبس اضافی بر پایه تئوری محلول فضای خالی، روی جاذب نانو لوله کربنی چند جداره عامل دار شده با گروه آمینی، انجام شده است. در این راستا، پس از تهیه، نصب و راه‌اندازی اجزای سیستم آزمایشگاهی جهت جذب و ذخیره‌سازی گازها، ابتدا مقادیر جذب شده متان ودی اکسیدکربن توسط جاذب مورد در دماهای 308، 298 و 288 درج? کلوین و فشارهای 3 تا 30 بار به روش حجم‌سنجی اندازه‌گیری شده است. با استفاده از یک روش بهینه سازی پارامتر های تک جزئی گاز ها توسط مدل محلول فضای خالی بر پایه معادلات ضریب فعالیت ویلسون، فلوری هاگینز وNRTL تعیین شده اند. سپس، پارامتر های تک جزئی گازها برای پیش بینی تعادل جذب سطحی مخلوط دو جزئی متان ودی اکسید کربن با استفاده از مدل های گسترش یافته محلول فضای خالی بر پایه معادلات ضریب فعالیت ویلسون، فلوری هاگینز وNRTL به کار گرفته شده اند به این وسیله مدل های مورد مطالعه با نتایج آزمایشی ارزشگذاری شده اند. مقایسه مدل ها و نتایج تجربی نشان می دهد که مدل محلول فضای خالی بر پایه ویلسون و فلوری هاگینز پیشگویی خوبی درجذب مخلوط دو جزئی دی اکسید کربن- متان روی نانولوله کربنی آمینی نشان می دهند. ولی مدل محلول فضای خالی بر پایه NRTL مدل مناسبی برای این سیستم نمی باشد.
- Abstract
- Natural gas is mainly composed of methane and some impurities of carbon dioxide, nitrogen, and heavier hydrocarbons. Carbon dioxide as one of the impurities reduces energy content of natural gas and causes corrosive effects in pipes and storage tanks, therefore separation and removal of this gas is very important in natural gas industries. In addition, separation of carbon dioxide from hydrogen to achieving more purified hydrogen in reforming process is important in industries. Recently, there has been substantial progress in adsorption science and technology especially with the fast development of novel materials that are applicable for adsorption. Understanding multicomponent adsorption equilibrium is necessary for designing a separation process based on adsorption. In this research project, adsorption and separation of CO2 and CH4 gases on modified multi-walled carbon nanotubes as adsorbents is studied. The main objective of this study is prediction adsorption equilibrium data of binary gas mixture, CO2/CH4, from pure gas adsorption data by excess Gibbs energy model, based on vacancy solution theory, in MWCNT- NH2, as a new adsorbent for methane and carbon dioxide. Firstly, the amounts of adsorbed methane and carbon dioxide are measured at three temperatures (308, 298 and 288 K) and various pressures from 3 up to 30 bar with a volumetric adsorption apparatus. A direct search method of optimization was applied to calculate the pure gas parameters of vacancy solution models based on the Wilson and Flory Huggins and NRTL equations, separately. Thereafter, the pure component parameters were employed in multicomponent Wilson and Flory Huggins and NRTL equations to predict CO2/ CH4 mixture adsorption equilibrium. The molar adsorbed species and total molar adsorbed material have been determined by the mentioned models and they were compared with experimental results. Comparison between models illustrates that the vacancy solution theory combined with Wilson and Flory Huggins show a good prediction of CO2/CH4 adsorption on MWCNT- NH2, whereas the vacancy solution model based on NRTL showed the most deviation from the experimental results at the studied conditions.
