مدل سازی و شبیه‌سازی فرایندهای جداسازی غشایی گازها با استفاده از روش خط عملیاتی اصلاح شده

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در این پژوهش از روش تقریبی خط عملیاتی اصلاح شده (MOLM)به علت این­که تطابق خوبی با حل ­هایدقیق دارد، برای مدل­ سازی و شبیه­ سازی فرایندهای جداسازی غشایی گازها استفاده شده است. نخست اعتبار این روش با نتیجه­ های مقاله­ های دیگر برای غشاهای آلی و غیرآلی ارزیابی شد و پس از تأیید آن، به عنوان یک مطالعه موردی، با استفاده از این روش، سطح غشای مورد­نیاز برای جداسازی ایزومرهای بوتان تولیدی در واحد LPG پالایشگاه تبریز محاسبه شد. نتیجه­ های این پژوهش نشان داد که روش MOLM برای آرایش جریان ناهمسو کارآیی ندارد ولی برای آرایش جریان همسو می ­تواند سطح غشای موردنیاز را بادقت پیشگویی نماید. نتیجه­ های مدل ­سازی نشان داد که با استفاده از سامانه ­های یک مرحل ه­ای نمی ­توان به فراورده ­هایی با خلوص بالا دست یافت، بدین منظور طراحی فرایند برای رسیدن به فراورده­ هایی با خلوص بالاتر از %98 از نرمال بوتان و ایزوبوتان تولیدی از واحد LPG پالایشگاه تبریز با استفاده از سامانه ­های چندمرحله­ ای غشایی به کمک روش MOLM صورت گرفت و سطح غشای موردنیاز برابر با m22910 به­ دست آمد. سرانجام، اثر پارامترهای کلیدی مانند انتخاب­گری غشا، نسبت فشار جریان خوراک به عبور کرده بر روی سطح غشای مورد نیاز، بررسی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Baker, Richard W, "Membrane Technology and Applications", 2nd ed., John Wiley and Sons, Inc. ISBN : 0-470-85445-6 (2004).

[2] Rahmanian B., Pakizeh M., Mansoori S.A.A., Abedini R., Application of Experimental Design Approach and Artificial Neural Network (ANN) for the Determination of Potential Micellar-Enhanced Ultrafiltration Process, Journal of Hazardous Materials, 187(1): 67-74 (2011).

[3] Weller S., Steiner W.A., Separation of Gases by Fractional Permeation Through Membranes, Journal of Applied Physics, 21: 279-283 (1950).

[4] Razmjoo A., Babaluo A.A., Simulation of Binary Gas Separation in Nanometric Tubular Ceramic Membranes by a New Combinational Approach, Journal of Membrane Science, 282(1): 178-188 (2006).

[5] Shindo, Y., Hakuta T., Yoshitome H., Inoue H., Calculation Methods for Multicomponent Gas Separation by Permeation, Separation Science and Technology, 20(5-6): 445-459 (1985).

[6] Aghaeinejad‐Meybodi A., Ghasemzadeh K., Babaluo A.A., Morrone P., Basile A., Modeling Study of Silica Membrane Performance for Hydrogen Separation,  AsiaPacific Journal of Chemical Engineering, 10(5): 781-790 (2015).

[7] غلامزاده، محمد ابراهیم؛ کارگری، علی؛ ذکایی آشتیانی، علی، مدلسازی و حل تقریبی جداسازی نیتروژن و متان در یک مدول غشایی پیچشی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)53: 57 تا 69 (1395).

[8] Ghasemzadeh K., Zeynali R., Basile A., Theoretical Study of Hydrogen Production Using Inorganic Membrane Reactors During WGS Reaction, International Journal of Hydrogen Energy, 41(20): 8696-8705 (2016).

[9] Ghasemzadeh K., Morrone P.,  Babalou A.A.,  Basile A.,  A Simulation Study on Methanol Steam Reforming in the Silica Membrane Reactor for Hydrogen Production, International Journal of Hydrogen Energy, 40(10): 3909-3918 (2015).

[10] Ghasemzadeh K., Morrone P., Liguori S., Babaluo A.A., Basile A., Evaluation of Silica Membrane Reactor Performance for Hydrogen Production via Methanol Steam Reforming: Modeling Study, International Journal of Hydrogen Energy, 38(36):16698-16709 (2013).

[11] Ghasemzadeh K., Morrone P., Iulianelli A., Liguori S., Babaluo A.A., Basile A., H2 Production in Silica Membrane Reactor via Methanol Steam Reforming: Modeling and HAZOP AnalysisInternational Journal of Hydrogen Energy38(25): 10315-10326 (2013).

[12] Ghasemzadeh K., Liguori S., Morrone P., Iulianelli A., Piemonte V., Babaluo A.A., Basile A., H2 Production by Low Pressure Methanol Steam Reforming in a Dense Pd–Ag Membrane Reactor in co-Current Flow Configuration: Experimental and Modeling Analysis, International Journal of Hydrogen Energy, 38(36): 16685-16697 (2013).

[13] وافری، بهزاد؛ کرمی، حمیدرضا؛ کریمی، غلامرضا، مدلسازی فرآیند ریفرمینگ گاز طبیعی با بخار آب در رآکتور غشایی پالادیم- نقره برای تولید هیدروژن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)30: 25 تا 37 (1390).

[14] Huang Du-shu., Yi Zhong-zhou., Huang Zhao-long., Yi Ping., Li Zi-jing., Liu Wei., Mass Transfer Mechanism and Mathematical Model for Extraction Process of l-Theanine Across Bulk Liquid Membrane, Iran. J. Chem. Chem. Eng (IJCCE), 31(2): 53-58 (2012).

[15] Ghasemzadeh K., Andalib E., Basile A., Evaluation of Dense Pd–Ag Membrane Reactor Performance During Methanol Steam Reforming in Comparison with Autothermal Reforming Using CFD Analysis, International Journal of Hydrogen Energy, 41(20): 8745-8754 (2016).

[16] Ghasemzadeh K., Andalib E., Basile A., Modelling Study of Palladium Membrane Reactor Performance during Methan Steam Reforming Using CFD Method, Chemical Product and Process Modeling, 11(1): 17-21 (2016).

[17] Ghasemzadeh K., Zeynali R., Ahmadnejad F., Babalou A.A., Basile A., Investigation of Palladium Membrane Reactor Performance During Ethanol Steam Reforming Using CFD Method,  Chemical Product and Process Modeling, 11(1): 51-55 (2016).

[18] Khataee A.R., Kasiri M.B., Artificial Neural Networks Modeling of Contaminated Water Treatment Processes by Homogeneous and Heterogeneous Nanocatalysis, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 331:86-100 (2010).

[19] Rostamizadeh M., Rezakazemi M., Shahidi K., Mohammadi T., Gas Permeation through
H2-Selective Mixed Matrix Membranes: Experimental and Neural Network Modeling
, International Journal of Hydrogen Energy, 38(2): 1128-1135 (2013).

[20] Rezakazemi M., Mohammadi T., Gas Sorption in H2-Selective Mixed Matrix Membranes: Experimental and Neural Network Modeling, International Journal of Hydrogen Energy, 38(32): 14035-14041 (2013).

[21] Farno E., Ghadimi A., Kasiri N., Mohammadi T., Separation of Heavy Gases from Light Gases Using Synthesized PDMS Nano-Composite Membranes: Experimental and Neural Network Modeling, Separation and Purification Technology81(3): 400-410 (2011).

[22] Rostamizadeh M., Hashemi Rizi S.M., Predicting Gas Flux in Silicalite-1 Zeolite Membrane Using Artificial Neural Networks, Journal of Membrane Science, 403: 146-151 (2012).

[23] Aghaeinejad-Meybodi A., Ghasemzadeh K., Babaluo A.A., Shafiei S., Letter to the Editor on “Approximate Solutions for Gas permeator Separating Binary Mixtures”[J. Membr. Sci. 66 (1992) 103–118], Journal of Membrane Science, 454:109-110 (2014).

[24] Krovvidi K.R., Kowali., Vemury S., Khan A., Approximate Solutions for Gas Permeators  Separation Binary Mixtures, Journal of Membrane Science, 66:103-118 (1992).

[25] Pan C.Y., Gas Separation by High-Flux, Asymmetric hollow-fiber membrane, AIChE Journal, 32(12):2020-2070 (1986).

[26] Sridhar S., Khan A.A., Simulation Studies for the Separation of Propylene and Propane by Ethylcellulose Membrane, Journal of Membrane Science, 159: 209-219 (1999).

[27] Kazemzadeh A., Bayati B., Kalantari N., Babaluo A.A, Tubular MFI Zeolite Membranes Made by In-Situ Crystallization, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 31(2): 37-44 (2012).

[28] Li G., Kikuchi E., Matsukata M., ZSM-5 Zeolite Membranes Prepared from a Clear Template-Free Solution, Microporous and Mesoporous Materials, 60: 225-235 (2003).