مدل سازی ترمودینامیکی حلالیت کربن دی اکسید در محلول آبی متیل دی اتانول آمین با استفاده از معادله حالت مکعبی به اضافه تجمعی (CPA)

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

بوشهر، دانشگاه خلیج فارس، دانشکده مهندسی نفت، گاز و پتروشیمی، گروه مهندسی شیمی

چکیده

در این کار، تعادل بخار مایع (VLE) سامانه سه تایی کربن دی اکسید (1)- آب(2)- متیل دی اتانول آمین(3) در بازه‌ ی گسترده دما (K 433-313) ، فشار (kPa 4930-775/0) و درصد وزنی متیل دی اتانول آمین (75-5) با استفاده از معادله‌ ی حالت مکعبی به اضافه تجمعی (CPA) مدل‌ سازی شد. مدل سازی سامانه سه تایی کربن دی اکسید ـ آب ـ متیل دی اتانول آمین با دو روش متفاوت صورت پذیرفت. روش اول: بهینه سازی پارامترهای انرژی و حجم تجمعی با فرض این که مقدار پارامتر برهم‌کنش دوتایی (kij) بین کربن دی اکسید و متیل دی اتانول آمین برابر با صفر ‌باشد. روش دوم: متوسط گیری از مقدارهای انرژی تجمعی به دست آمده در دماهای گوناگون و در درصدهای وزنی متفاوت متیل دی اتانول آمین و استفاده از آن برای بهینه سازی پارامتر حجم تجمعی و نیز پارامتر برهم‌کنش دوتایی بین کربن دی اکسید و متیل دی اتانول آمین. در هر دو روش کربن دی اکسید با دو حالت گوناگون در نظر گرفته شد: 1) به عنوان یک مولکول تجمعی با طرح تجمعی 4C و 3B .  2) به عنوان یک مولکول غیرتجمعی. نتیجه ‌های به ‌دست آمده در این کار هم‌خوانی خوبی با داده ‌های آزمایشگاهی برای سامانه سه تایی دارد. مقایسه‌ ی نتیجه‌ های به دست آمده از مدل Clegg-Pitzer و مدل N-Wilson-NRF نشان می‌ دهد که نتیجه‌ های به دست آمده از مدل CPA نسبت به هر دو مدل رضایت بخش ‌تر است. هم چنین نتیجه‌ های به دست آمده از به کار بردن طرح تجمعی 4C برای کربن دی اکسید در معادله حالت CPA خطای کمتری را نسبت به طرح تجمعی 3B و بدون طرح تجمعی برای کربن دی ‌اکسید، نشان می‌ دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Danckwerts P.V., McNeil K.M., The Absorption of Carbon Dioxide into Aqueous Amine Solutions and the Effects of Catalysis, Trans. 1nst. Chemical Engineers, 45: 32-49 (1967).

[2] Kent R.L., Eisenberg B., Better Data for Amine Treating, Hydrocarbon Process, 55: 87-90 (1976).

[3] Jou F.Y., Mather A.E., Otto F.D., Solubility of H2S and CO2 in Aqueous Methyldiethanolamine Solutions, Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development, 21: 539-544 (1982).

[4] Deshmukh R.D., Mather A.E., A Mathematical Model for Equilibrium Solubility of Hydrogen Sulfide and Carbon Dioxide in Aqueous Alkanolamine Solutions, Chemical Engineering Science, 36:355-362 (1981).

[5] Austgen D.M., Rochelle G.T., Chen C.C., Model of Vapour-Liquid Equilibria for Aqueous Gas-Alkanolamine Systems. 2. Representation of H2S and CO2 Solubility in Aqueous MDEA and CO2 Solubility in Aqueous Mixtures of MDEA with MEA or DEA, Industrial and Engineering Chemistry Research, 30: 543-555 (1991).

[6] Posey M.L., Rochelle G.T., A thermodynamic Model of Methyldiethanolamine-CO2-H2S-Water, Industrial and Engineering Chemistry Research, 36: 3944-3953 (1997).

[7] Gabrielsen J., Michelsen M.L., Stenby E.H., Kontogeorgis G.M., A Model for Estimating CO2 Solubility in Aqueous Alkanolamines, Industrial and Engineering Chemistry Research, 44: 3348-3354 (2005).

[8] Haghtalab A., Shojaeian A., Modeling Solubility of Acid gases in Alkanolamines Using the Nonelectrolyte Wilson-Nonrandom Factor Model, Fluid Phase Equilibria, 289: 6–14 (2010).

[9] Haghtalab A., Dehghani Tafti M., Electrolyte Uniquac-NRF Model to Study the Solubility of Acid Gases in Alkanolamines, Industrial and Engineering Chemistry Research, 46: 6053-6060 (2007).

[10] Goharrokhi M., Taghikhani V., Ghotbi C., Safekordi A.A., Najibi H., Correlation and Prediction of Solubility of CO2 in Amine Aqueous Solutions, Iranian Journal of Chemistrry and Chemical Engineering (IJCCE), 29(1): 111-124 (2010). 

[11] Téllez-Arredondo P., Medeiros M., Modeling CO2 and H2S Solubilities in Aqueous Alkanolamine Solutions via an Extension of the Cubic-Two-State Equation of State, Fluid Phase Equilibria, 344: 45-58 (2013).

[12] Zoghi A.T., Feyzi F., Dehghani M.R., Modeling CO2 Solubility  in Aqueous N-Methyldiethanolamine Solution by Electrolyte Modified Peng-Robinson Plus Association  Equation of State, Industrial & Engineering Chemistry Research, 51: 9875-9885 (2012).

[13] Haghtalab A., Mazloumi S.H, Electrolyte Cubic Square-Well Equation of State for Computation of the Solubility CO2 and H2S in Aqueous MDEA Solutions, Industrial & Engineering Chemistry Research, 49: 6221–6230 (2010).

[14] Vallée, G., Mougin, P., Jullian, S., Fürst, W., Representa-tion of CO2 and H2S Absorption by Aqueous Solutions of Diethanolamine Using an Electrolyte Equation of State, Industrial and Engineering Chemistry Research, 38: 3473-3480 (1999).

[15] Chunxi L., Fürst W., Representation of CO2 and H2S in Aqueous MDEA Solutions Using an Electrolyte Equation of State, Chemical Engineering Science, 55: 2975-2988 (2000).

[16] Button J.K., Gubbins K.E., SAFT Prediction of Vapor Liquid Equilibria of Mixtures Containing Carbon Dioxide and Aqueous Monoethanolamine or Diethanolamine, Fluid Phase Equilibria, 158-160: 175-181 (1999).

[17] Nasrifar Kh., Tafazzol A.H., Vapor-Liquid Equilibria of Acid Gas-Aqueous Ethanolamine Solutions Using the PC-SAFT Equation of State, Industrial and Engineering Chemistry Research, 49: 7620-7630 (2010).

[18] Tsivintzelis I., Kontogeorgis G.M, Michelsen M.L., Stenby E.H., Modeling Phase Equilibria for Acid gas Mixtures Using the CPA Equation of State. Part II: Binary Mixtures with CO2, Fluid Phase Equilibria, 306: 38–56 (2011).

[19] Oliveira M.B., Queimada A.J., Kontogeorgis G.M., Coutinho J.A.P.,, Evaluation of the CO2 Behavior in Binary Mixtures with Alkanes, Alcohols, Acids and Esters Using the Cubic-Plus-Association Equation of State, The Journal of Supercritical Fluids, 55: 876-892 (2011).

[20] Kaarsholm M., Derawi S.O., Michelsen M.L., Kontogeorgis G.M., Extension of the Cubic-plus-Association (CPA) Equation of State to Amines, Industrial and Engineering Chemistry Research, 44: 4406-4413 (2005).

[21] Avlund A.S., Kontogeorgis G.M., Michelsen M.L., Modeling Systems Containing Alkanolamines with the CPA Equation of State, Industrial and Engineering Chemistry Research, 47: 7441–7446 (2008).

[22] Kontogeorgis G.M., Yakoumis I.V., Meijer H., Hendriks E., Moorwood T., Multicomponent Phase Equilibrium Calculations for Water-Methanol-Alkane Mixtures, Fluid Phase Equilibria, 158-160:201–209 (1999).

[23] Breil M.P., Tsivintzelis I., Kontogeorgis G.M., Modeling of Phase Equilibria with CPA Using the Homomorph Approach, Fluid Phase Equilibria, 301:1-12 (2011). 

[24] Rho S-W., Yoo K-P., Lee J.S., Nam S.C., Son J.E., Min B.M., Solubility of CO2 in Aqueous Methyldiethanolamine Solutions, Journal of Chemical and Engineering Data, 42: 1161-1164 (1997).

[25] Chakma A. and Meisen A., Solubility of CO2 in Aqueous Methyldiethanolamine and N,N-Bis(hydroxyethy1) Piperazine Solutions, Industrial and Engineering Chemistry Research, 26: 2461-2466 (1987).

[26] Li Y.G., Mather A.E., Correlation and Prediction of the Solubility of CO2 and H2S in Aqueous Solutions of Methyldiethanolamine, Industrial and Engineering Chemistry Research, 36:2760-2765 (1997).