مطالعه آزمایشگاهی و تحلیل آماری ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در حلال نرمال متیل پیرولیدون با استفاده از روش افت فشار

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، واحد ماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ایران

چکیده

جداسازی اتان از اتیلن به‌عنوان یک فراورده مهم صنعتی برای دستیابی به اتیلن خالص، در صنعت از اهمیت بالایی برخوردار است.  در این مطالعه، محاسبه و بررسی آزمایشگاهی ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در حلال نرمال متیل پیرولیدون با استفاده از داده­ های افت فشار در مدت زمان مشخص 12 ساعت و روش گرافیکی شیخا انجام شده ­است. با استفاده از ضریب‌های نفوذ مولکولی به‌دست آمده به بررسی تأثیر دما و فشار بر سامانه پرداخته شد. همچنین برای تایید یافته ­ها از معادله ­های وایلک- چانگ ، دیاز و روش تحلیل آماری استفاده شده است. با ­توجه به مشاهده‌ها و نمودارهای به‌دست آمده می ­توان نتیجه گرفت که با افزایش دما و فشار، ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در حلال  افزایش می­ یابد. همچنین مشاهده شد که ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در فشارهای پایین با افزایش دما تغییر زیادی نداشته ولی با افزایش فشار، افزایش دما به خوبی اثر خود را بر ضریب نفوذ مولکولی نشان می‌دهد. ضریب‌های نفوذ مولکولی محاسبه ­شده توسط معادله وایلک-چانگ همپوشانی قابل قبولی با معادله شیخا نداشته است در حالی که، در معادله تجربی دیاز ضریب‌های نفوذ مولکولی مطابقت بسیار خوبی با معادله شیخا نشان می­دهند. نتیجه‌های به‌دست آمده از تحلیل آماری نشان داد که اگر چه با افزایش دما و فشار ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در حلال افزایش می­ یابد ولی تأثیر افزایش فشار بر نفوذ گاز در حلال از تأثیر دما بیش‌تر است. همچنین تأثیر اثر متقابل دما و فشار بر ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان اگر چه کم است ولی وجود داشته و بر نفوذ گاز در حلال تأثیر می‌گذارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Düren T., Sarkisov L., Yaghi O.M., Snurr R.Q., Design of New Materials for Methane Storage, Langmuir, 20: 2683–2689 (2004(.
[2] Wagner H., Luther R., Mang T., Lubricant base Fluids based on Renewable Raw Materials: Their Catalytic Manufacture and Modification, Applied Catalysis A: General, 221: 429–442 (2001).
[3] Harifi-Mood A.R., Solubility of Carbon Dioxide in Binary Mixtures of Dimethyl Sulfoxide and Ethylene Glycol: LFER Analysis, J. Chem. Thermodynamic (JCT), 141: 105968 (2020).
 [4] Azizi S.,  Dezfuli H.T., Kargari A., Peyghambarzadeh S.M., Experimental Measurement and thermodynamic Modeling of Propylene and Propane Solubility in N-Methyl Pyrrolidone (NMP), Fluid Phase Equilib, 387:190–197 (2015) .
[5] Bohloul M., Sadeghabadi M.A., Peyghambarzadeh S.M., Dehghani M., CO2 Absorption using Aqueous Solution of Potassium Carbonate: Experimental Measurement and Thermodynamic Modeling, Fluid Phase Equilib, 447: 132–141 (2017).
[6] Bohloul M., Vatani A., Peyghambarzadeh S.M., Experimental and Theoretical Study of CO2 Solubility in N-Methyl-2-Pyrrolidone (NMP), Fluid Phase Equilib, 365: 106–111 (2014).
 [7] Behrouz M., Aghajani M., Solubility of Methane, Ethane, and Propane in Pure Water using New Binary Interaction Parameters, Iran. J. Oil Gas Sci. Technol, 4(3): 51–59 (2015).
 [8] Cancelas A.J., Plata M.A., Bashir M.A., Bartke M., Monteil V., McKenna T.F., Solubility and Diffusivity of Propylene, Ethylene, and Propylene–Ethylene Mixtures in Polypropylene, Macromol Chem. Phys, 21(8): 1700565 (2018) .
[9] Riazi M., A New Method for Experimental Measurement of Diffusion Coefficients in Reservoir Fluids, J. Pet. Sci. Eng, 14: 235-250 (1996).
[10] Sanders D., Freeman B., Energy-Efficient Polymeric Gas Separation Membranes for a Sustainable Future: A Review, Polymer, 54: 4729-4761 (2013).
[11] Buonomenna M.G., Membrane Processes for a Sustainable Industrial Growth, RSC Advances, 3:  5694-5740 (2013).
[12] Etminan R., Maini B., Chen Z., Hassanzadeh H., Constant-Pressure Technique for Gas Diffusivity and Solubility Measurements in Heavy Oil and Bitumen, Energy & Fuels, 24: 533-549 (2010).
[13] Zhang Y., Hyndman C., Maini B., Measurement of Gas Diffusivity in Heavy Oils, J. Pet. Sci. Eng, 25: 37-47 (2000).
[14] Sheikha H., Pooladi-Darvish M., Mehrotra A., Development of Graphical Methods for Estimating the Diffusivity Coefficient of Gases in Bitumen from Pressure-Decay Data, Energy & Fuels, 19(5): 2041–2049 (2005).
[15] Kavousi A., Torabi F.,  Chan Ch.W.,  Shirif E., Experimental Measurement and Parametric Study of CO2  Solubility and Molecular Diffusivity in Heavy Crude Oil Systems, Fluid Phase Equilibria, 371: 57–66 (2014).
[16] Azizi S., Kargari A., Kaghazchi T., Experimental and Theoretical Investigation of Molecular Diffusion Coefficient of Propylene in NMP, Chemical Engineering Research and Design, 92: 1201–1209 (2014).
[17] Gholami Y.,  Azin R., Fatehi R.,  Osfouri Sh.,  Bahadori A., Prediction of Carbon Dioxide Dissolution in Bulk Water under Isothermal Pressure Decay at Different Boundary Conditions, Journal of Molecular Liquids, 202: 23–33 (2015).
[18] Gholami F., Azizi S., Peyghambarzadeh S.M., Bohloul M.R., The Modelling and Experimental Study on Molecular Diffusion Coefficient of CO2 in N-Methyl Pyrolidone, Separation Science and Technology, 52: 2435-2442 (2017).
[19] Yang Z., Bryant S., Dong M., Hassanzadeh H., An Analytical Method of Estimating Diffusion Coefficients of Gases in Liquids from Pressure Decay Tests, AIChE Journal, 65: 434-445 (2019).
[20] Azizi S., Evaluation of Mass Transfer Resistance Across the Interface for CO2-Propylene Carbonate System: Experimental and Mathematical Modeling, Chemical Engineering Research and Design, 149: 34-44 (2019).
[21] Yousefi M., Azizi S., Peyghambarzadeh S.M., Azizi Z., Intensification of Ethylene and Ethane Absorption in N-Methyl-2-Pyrrolidone (NMP) by Adding Silver Nanoparticles, Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 158: 108184 (2020).
[22] Afanasenko L.D., Yarym Agaev N.L., Korotkova E.V., Viscosimetric Properties of the System Diethylene Glycol - n-Methylpyrrolidone –Water, Zh. Prikl. Khim, 58: 2291-2296 (1985).
[23] Langan J.R., Salmon G.A., Physical Properties of N-Methylpyrrolidinone as Functions of Temperature, J. Chem. Eng. Data, 32: 420-422 (1987).
[24] Vodolazhskii S.V., Yakushkin M.I., Golobacheva O.I., Gaile A.A., Production and Application of p-Dioxan-2-one, 3-Morpholinone, n-Methyl-3-Morpholinone, Khim. Prom, 434-435 (1994).
[25] Ambrosone L., D'Errico G., Sartorio R., Vitagliano V., Analysis of Velocity Cross-correlation and Preferential Solvation for the System N-Methylpyrrolidone-Water at 20 °C, J. Chem. Soc. Faraday Trans,  91: 1339-1344 (1995).
[26] Diaz M., Vega A., Coca J., Correlation for the Estimation of Gas-Liquid Diffusivity, Chemical Engineering Communications, 52: 271-281 (1987).
[27] Saltzman E.S., King D.B., Holmen K., Leck C., Experimental Determination of the Diffusion Coefficient of Dimethylsulfide in Water, Journal of Geophysical Research, 98(C9): 16481-16486 (1993).
[28] Hayduk W., Cheng S.C., Review of Relation between Diffusivity and Solvent Viscosity in Dilute Liquid Solutions, Chemical Engineering Science, 26: 635-646 (1971).  
[29] Miyabe K., Isogai R., Estimation of Molecular Diffusivity in Liquid Phase Systems by the Wilke–Chang Equation, Journal of Chromatography A, 1218: 6639-6645 ( 2011).
[30] Li J., Carr P.W., Accuracy of Empirical Correlations for Estimating Diffusion Coefficients in Aqueous Organic Mixtures , Anal. Chem, 69(13): 2530-2536 (1997).
[31] Young M.E., Carroad  P.A., Bell R.L., Estimation of Diffusion Coefficients of Proteins, Biotechnology and Bioengineering, 22(5): 947-955 ( 1980).
[32] Akgerman A.,  Gainer J.L., Diffusion of Gases in Liquids, Ind. Eng. Chem. Fund, 11(3): 373-379 (1972).
[33] Sitaraman R., Ibrahim S.H., Kuloor N.R., A Generalized Equation for Diffusion in Liquids, J. Chem. Eng. Data, 8(2): 198-201(1963).
[34] Azin R., Mahmoudy M., Raad S.M.J., Osfouri S., Measurement and Modeling of CO2 Diffusion coefficient in Saline Aquifer at Reservoir Conditions, Cent. Eur. J. Eng, 3(4): 585-594 (2013).
[35] Shokouhi M., Koolivand Salooki M., Sadeghzadeh Ahari J., Esfandyari M., Thermodynamical and Artificial Intelligence Approaches of H2S Solubility in N-Methylpyrrolidone, Chem. Phys. Letters, 707: 22–30 (2018).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار