مدل سازی و حل تقریبی جداسازی نیتروژن و متان در یک مدول غشایی پیچشی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 ماهشهر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، واحد دانشگاهی ماهشهر، دانشکده مهندسی پتروشیمی

2 تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی شیمی

چکیده

در این مطالعه، مدل‌سازی جداسازی نیتروژن و متان در یک مدول غشایی پیچشی انجام شده است. برای این کار، ساده‌سازی‌هایی صورت گرفته است که همراه با حذف پیچیدگی‌های غیرضروری و ساده سازی مدل، از دقت آن نکاسته و باعث شده است که این مدل به عنوان یک مدل کاربردی بسیار مفید باشد. برای این منظور از یک روش مدل‌سازی تقریبی ارایه شده برای غشاهای پیچشی، به منظور بررسی اثرهای افزایش سطح غشا و پارامترهای گاز خوراک (مانند شدت جریان، غلظت و فشار) بر جداسازی 4/CH 2N استفاده شده است. نتیجه‌ها نشان داد تغییر مقدار جریان، غلظت و فشار خوراک و سطح غشا، بسته به نوع گزینش‌گری غشا می‌تواند باعث بهبود و یا افت میزان بازیافت و غلظت متان در جریان فرآورده شود. از سوی دیگر مشخص شد که افزایش سطح غشا باعث افزایش میزان بازیافت متان در غشاهای گزینش‌گر متان شده و در غشاهای گزینش‌گر نیتروژن آن را کاهش می‌دهد. افزون بر این، با افزایش سطح غشا، غلظت متان در جریان فرآورده در غشاهای گزینش‌گر متان کاهش یافته درحالی که این مقدار در غشاهای گزینش‌گر نیتروژن افزایش می‌یابد. بنابراین نیاز است که بین میزان بازیافت متان و غلظت آن در جریان فرآورده تعادل برقرار شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

[1] Tagliabue M., Farrusseng D., Natural Gas Treating by Selective Adsorption: Material Science and Chemical Engineering Interplay, Chem. Eng. J., 155: 553-566 (2009).

[2] Baker R. W., Lokhandwala K., Natural Gas Processing Membranes, Ind. Eng. Chem. Res., 47: 2109-2121 (2008).

[3] Jayaraman A., Clinoptilolites for Nitrogen/Methane Separation, Chem. Eng. Sci., 59, 2407 – 2417, (2004).

]4[ احمد پور علی، شاهسوند اکبر، بررسی روش­های جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی پالایشگاه فجر،"دهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران"، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ص 5980-5968 (1384).

[5] Baker R. W., Future Direct of Membrane Gas Separation Technology, In. Eng. Chem. Res., 41: 1393-1411 (2002).

[6] Lokhandwala K.A., Pinnau I., He Z., Amo K.D., Dacosta A.R., Wijmans J.G., Baker R.W., Membrane Separation of Nitrogen from Natural Gas: A Case Study from Membrane Synthesis to Commercial Deployment, J. Membr. Sci., 346: 270-279 (2010).

[7] Lokhandwala K., “Field Demonstration of a Membrane Process to Separate Nitrogen from Natural Gas", Final Report, Department of Energy Award No. DE-FC26-01NT41225, California, USA, (2007).

[8] Najafpour Gh., Biochemical Technology and Biotechnology, 1st Edition, Elsevier Book Co., Amsterdam, Netherlands, pp. 371 (2007).

]9[ سنایی­پور، حمیدرضا؛ عبادی عموقین، آبتین؛ مقدسی، عبدالرضا؛ کارگری، علی؛ قنبری، داود؛ شیخی مهرآبادی، زهرا؛ قائمی، مجتبی؛ مطالعه خواص جداسازی گاز در غشای آلیاژی پلیمری جدید ABS/PVAc،
نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
دوره، (2)30: 43-51 (1390).

[10] Savolainen P., “Modeling of Non-Isothermal Vapor Membrane Separation with Thermodynamic Models and Generalized Mass Transfer Equations, Dissertation for Degree of doctor of science, Finland: Lappeenranta University of Technology, (2002).

[11] Qi R., Henson M. A., Approximate Modeling of Spiral-Wound Gas Permeators, J. Membr. Sci., 121: 11-24 (1996).

[12] Qi H., Henson M. A., Modeling of Spiral-Wound Permeators for Multicomponent Gas Separations, In. Eng. Chem. Res., 36: 2320-2331 (1997).

]13[ نیک­آذر، منوچهر؛ خراط، ریاض؛ "کاربرد ریاضیات در مهندسی شیمی"، دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران،
جلد دوم، 114 تا 121 (1387).

[14] Qi R., Henson M. A., Optimal Design of Spiral-Wound Membrane Networks for Gas Separation, J. Membr. Sci., 148: 71-89 (1998).

[15] Tannehill C.C., Raven M., Purvin & Gertz, "Nitrogen Removal Requirements for Natural Gas", Gas Research Institute Topical Report, (1999).


[16] Baker R.W., "Membrane Technology and Applications, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, England, (2004).

[17] Javid A., Membrane for Solubility-Based Gas Separation Application, Chem. Eng. J., 112: 219-226 (2005).

[18] Pathare R., Agrawal R., Design of Membrane Cascades for Gas Separation, J. Membr. Sci., 364: 263-277 (2010).

[1] Tagliabue M., Farrusseng D., Natural Gas Treating by Selective Adsorption: Material Science and Chemical Engineering Interplay, Chem. Eng. J., 155: 553-566 (2009).

[2] Baker R. W., Lokhandwala K., Natural Gas Processing Membranes, Ind. Eng. Chem. Res., 47: 2109-2121 (2008).

[3] Jayaraman A., Clinoptilolites for Nitrogen/Methane Separation, Chem. Eng. Sci., 59, 2407 – 2417, (2004).

[4] احمد پور علی، شاهسوند اکبر، بررسی روش­های جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی پالایشگاه فجر، "دهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران"، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ص 5980-5968 (1384).

[5] Baker R. W., Future Direct of Membrane Gas Separation Technology, In. Eng. Chem. Res., 41: 1393-1411 (2002).

[6] Lokhandwala K.A., Pinnau I., He Z., Amo K.D., Dacosta A.R., Wijmans J.G., Baker R.W., Membrane Separation of Nitrogen from Natural Gas: A Case Study from Membrane Synthesis to Commercial Deployment, J. Membr. Sci., 346: 270-279 (2010).

[7] Lokhandwala K., “Field Demonstration of a Membrane Process to Separate Nitrogen from Natural Gas", Final Report, Department of Energy Award No. DE-FC26-01NT41225, California, USA, (2007).

[8] Najafpour Gh., Biochemical Technology and Biotechnology, 1st Edition, Elsevier Book Co., Amsterdam, Netherlands, pp. 371 (2007).

]9[ سنایی­پور، حمیدرضا؛ عبادی عموقین، آبتین؛ مقدسی، عبدالرضا؛ کارگری، علی؛ قنبری، داود؛ شیخی مهرآبادی، زهرا؛ قائمی، مجتبی؛ مطالعه خواص جداسازی گاز در غشای آلیاژی پلیمری جدید ABS/PVAc، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران دوره، (2)30: 43-51 (1390).

[10] Savolainen P., “Modeling of Non-Isothermal Vapor Membrane Separation with Thermodynamic Models and Generalized Mass Transfer Equations, Dissertation for Degree of doctor of science, Finland: Lappeenranta University of Technology, (2002).

[11] Qi R., Henson M. A., Approximate Modeling of Spiral-Wound Gas Permeators, J. Membr. Sci., 121: 11-24 (1996).

[12] Qi H., Henson M. A., Modeling of Spiral-Wound Permeators for Multicomponent Gas Separations, In. Eng. Chem. Res., 36: 2320-2331 (1997).

[13] نیک­آذر، منوچهر؛ خراط، ریاض؛ "کاربرد ریاضیات در مهندسی شیمی"، دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران، جلد دوم، 114 تا 121 (1387).

[14] Qi R., Henson M. A., Optimal Design of Spiral-Wound Membrane Networks for Gas Separation, J. Membr. Sci., 148: 71-89 (1998).

[15] Tannehill C.C., Raven M., Purvin & Gertz, "Nitrogen Removal Requirements for Natural Gas", Gas Research Institute Topical Report, (1999).

[16] Baker R.W., "Membrane Technology and Applications, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, England, (2004).

[17] Javid A., Membrane for Solubility-Based Gas Separation Application, Chem. Eng. J., 112: 219-226 (2005).

[18] Pathare R., Agrawal R., Design of Membrane Cascades for Gas Separation, J. Membr. Sci., 364: 263-277 (2010).