مدل سازی ترمودینامیکی جذب کربن دی اکسید در محلول آبی متیل دی اتانول آمین

نجف لو, اعظم

مدل سازی ترمودینامیکی جذب کربن دی اکسید در محلول آبی متیل دی اتانول آمین

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

اعظم نجف لو

گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

نظریه سیال مجتمع آماری (Statistical Associating Fluid Theory) یا به اختصار SAFT، روشی برای تخمین ویژگی های سیال های دارای تجمع بر اساس نظریه ورتایم است.SAFT و دیگر روش های مبتنی بر مکانیک آماری غیرایده آلی را
به برهم کنش های بین ملکولی ارتباط می دهند و در واقع تجمع را از منظر فیزیکی بررسی می کنند. برتری چنین نظریه های فیزیکی این است که نخست توسط شبیه سازی ملکولی می توان آن ها را مورد آزمایش قرار داد، و دوم گسترش و تغییر آن ها به صورت سیستمی قابل انجام است. یکی از پر کاربردترین و موفق ترین ویرایش های SAFT، معادله حالت SAFT-HR است که ﻗـﺎدر ﺑـﻪ توصیف ویژگی های ﺗﺮﻣﻮدینامیکی ﻣﺨﻠﻮط سیال های پیچیده ﺑﺎ دﻗﺖ ﺑﺎﻻ اﺳﺖ. در این پژوهش به منظور تعیین حلالیت گاز کربن دیاکسید در محلول آبی متیل دیاتانول آمین(MDEA) از معادله حالت SAFT-HR استفاده شده است و با استفاده از پارامترهای موجود در مقاله ها و پارامترهای تنظیم شده در این کار، برای بازه دمایی 298-15/413 کلوین و بازه فشار 7/5036-11/0 کیلوپاسکال، پیش بینی حلالیت تعادلی کربن دی اکسید انجام شده است. درصد متوسط قدر مطلق خطای نسبی برای 293 داده برابر با 9_/27 است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

ترمودینامیک

مراجع

[1] Saghafi, H. and M. Arabloo, Modeling of CO2 solubility in MEA, DEA, TEA, and MDEA aqueous solutions using AdaBoost-Decision Tree and Artificial Neural Network. International Journal of Greenhouse Gas Control, 2017. 58: p. 256-265.

[2] Stewart, C. and M.-A. Hessami, A study of methods of carbon dioxide capture and sequestration––the sustainability of a photosynthetic bioreactor approach. Energy Conversion and Management, 2005. 46(3): p. 403-420.

[3] Constantinou, A., S. Barrass, and A. Gavriilidis, CO2 Absorption in Polytetrafluoroethylene Membrane Microstructured Contactor Using Aqueous Solutions of Amines. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2014. 53(22): p. 9236-9242.

[4] Nwaoha, C., et al., Carbon dioxide (CO2) capture performance of aqueous tri-solvent blends containing 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) and methyldiethanolamine (MDEA) promoted by diethylenetriamine (DETA). International Journal of Greenhouse Gas Control, 2016. 53: p. 292-304.

[5] Ghalib, L., et al., Modeling the effect of piperazine on CO2 loading in MDEA/PZ mixture. Fluid Phase Equilibria, 2017. 434: p. 233-243.

[6] Afsharpour, A. and A. Haghtalab, Modeling of CO2 solubility in aqueous N-methyldiethanolamine solution using electrolyte modified HKM plus association equation of state. Fluid Phase Equilibria, 2017. 433: p. 149-158.

[7] Uyan, M., et al., Predicting CO2 solubility in aqueous N-methyldiethanolamine solutions with ePC-SAFT. Fluid Phase Equilibria, 2015. 393(0): p. 91-100.

[8] Park, S.-B. and H. Lee, Vapor-liquid equilibria for the binary monoethanolamine+ water and monoethanolamine+ethanol systems. Korean Journal of Chemical Engineering, 1997. 14(2): p. 146-148.

[9] Najafloo, A., A.T. Zoghi, and F. Feyzi, Measuring solubility of carbon dioxide in aqueous blends of N-methyldiethanolamine and 2-((2-aminoethyl)amino)ethanol at low CO2 loadings and modelling by electrolyte SAFT-HR EoS. The Journal of Chemical Thermodynamics, 2015. 82(0): p. 143-155.

[10] Zhao, B., et al., Enhancing the energetic efficiency of MDEA/PZ-based CO2 capture technology for a 650 MW power plant: Process improvement. Applied Energy, 2017. 185, Part 1: p. 362-375.

[11] Kent, R.L. and B. Elsenberg, BETTER DATA FOR AMINE TREATING. Hydrocarbon Processing, 1976. 55(2): p. 87-90.

[12] Mondal, B.K., S.S. Bandyopadhyay, and A.N. Samanta, Experimental measurement and Kent-Eisenberg modelling of CO2 solubility in aqueous mixture of 2-amino-2-methyl-1-propanol and hexamethylenediamine. Fluid Phase Equilibria, 2017. 437: p. 118-126.

[13] Deshmukh, R.D. and A.E. Mather, A mathematical model for equilibrium solubility of hydrogen sulfide and carbon dioxide in aqueous alkanolamine solutions. Chemical Engineering Science, 1981. 36(2): p. 355-362.

[14] Haghtalab, A. and M. Dehghani Tafti, Electrolyte UNIQUAC−NRF Model to Study the Solubility of Acid Gases in Alkanolamines. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2007. 46(18): p. 6053-6060.

[15] Fakouri Baygi, S. and H. Pahlavanzadeh, Application of the perturbed chain-SAFT equation of state for modeling CO2 solubility in aqueous monoethanolamine solutions. Chemical Engineering Research and Design, 2015. 93(0): p. 789-799.

[16] Pahlavanzadeh, H. and S. Fakouri Baygi, Modeling CO2 solubility in Aqueous Methyldiethanolamine Solutions by Perturbed Chain-SAFT Equation of State. The Journal of Chemical Thermodynamics, 2013. 59(0): p. 214-221.

[17] Haghtalab, A. and S.H. Mazloumi, Electrolyte cubic square-well equation of state for computation of the solubility CO2 and H2S in aqueous MDEA solutions. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2010. 49(13): p. 6221-6230.

[18] Huang, S.H. and M. Radosz, Equation of state for small, large, polydisperse, and associating molecules. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1990. 29(11): p. 2284-2294.

[19] Huang, S.H. and M. Radosz, Equation of state for small, large, polydisperse, and associating molecules: extension to fluid mixtures. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1991. 30(8): p. 1994-2005.

[20] Al-Rashed, O.A. and S.H. Ali, Modeling the solubility of CO2 and H2S in DEA–MDEA alkanolamine solutions using the electrolyte–UNIQUAC model. Separation and Purification Technology, 2012. 94(0): p. 71-83.

[21] Chen, S.S. and A. Kreglewski, Applications of the Augmented van der Waals Theory of Fluids.: I. Pure Fluids. Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie, 1977. 81(10): p. 1048-1052.

[22] Tan, S.P., H. Adidharma, and M. Radosz, Recent Advances and Applications of Statistical Associating Fluid Theory. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2008. 47(21): p. 8063-8082.

[23] Smith, W.R. and R.W. Missen, Strategies for solving the chemical equilibrium problem and an efficient microcomputer-based algorithm. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 1988. 66(4): p. 591-598.

[24] Lagarias, J.C., et al., Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Method in Low Dimensions. SIAM J. on Optimization, 1998. 9(1): p. 112-147.

[25] Lemoine, B., et al., Partial vapor pressure of CO2 and H2S over aqueous methyldiethanolamine solutions. Fluid Phase Equilibria,.2000. 172(2): p. 261-277.

[26] Sidi-Boumedine, R., et al., Experimental determination of carbon dioxide solubility data in aqueous alkanolamine solutions. Fluid Phase Equilibria, 2004. 218(1): p. 85-94.

[27] Ma'mun, S., et al., Solubility of carbon dioxide in 30 mass % monoethanolamine and 50 mass % methyldiethanolamine solutions. Journal of Chemical and Engineering Data, 2005. 50(2): p. 630-634.

[28] Kuranov, G., et al., Solubility of Single Gases Carbon Dioxide and Hydrogen Sulfide in Aqueous Solutions of N-Methyldiethanolamine in the Temperature Range 313-413 K at Pressures up to 5 MPa. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1996. 35:6(6): p. 1959-1966.

[29] Rho, S.-W., et al., Solubility of CO2 in Aqueous Methyldiethanolamine Solutions. Journal of Chemical & Engineering Data, 1997. 42(6): p. 1161-1164.

[30] Kamps, Á.P.-S., et al., Solubility of Single Gases Carbon Dioxide and Hydrogen Sulfide in Aqueous Solutions of N-Methyldiethanolamine at Temperatures from 313 to 393 K and Pressures up to 7.6 MPa: New Experimental Data and Model Extension. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2000. 40(2): p. 696-706.

[31] MacGregor, R.J. and A.E. Mather, Equilibrium solubility of H2S and CO2 and their mixtures in a mixed solvent. Can. J. Chem. Eng, 1991. 69: p. 1357.