نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی جداسازی دی اکسید کربن از گاز دودکش توسط غشاء پلیمر طبیعی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
محمود رضا رحیمی
حکیمه شریفی فرد
پویان رضاپور
گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران
چکیده
امروزه مشخص شده است که انتشار دی اکسید کربن به عنوان یک گاز گل‌خانه‌ای از مهم ترین دلایل ایجاد پدیده گرمایش زمین محسوب می‌شود. نیروگاه‌های فسیلی یکی از عمده‌ترین تولید‌کنندگان دی‌اکسید‌کربن شناخته شده‌اند. با توجه به این امر جداسازی دی اکسید کربن از گازهایی که توسط دودکش نیروگاه‌های فسیلی به جو رها می شوند به عنوان روشی موثر جهت کنترل انتشار این گاز ضروری به نظر می‌رسد. در پژوهش حاضر، جداسازی دی اکسید کربن از گاز دودکش با استفاده از غشاء طبیعی چیتوسان ارائه شده است. در ابتدا مدل ریاضی برای جداسازی دی اکسید کربن با استفاده مدول الیاف تو خالی استفاده شده است؛ به نحوی که جریان گاز داخل پوسته و گاز خنثی (آرگون) در لوله به صورت نا هم سو جهت به حداقل رساندن فشار جزیی دی اکسید کربن در جریان هستند. از نرم افزار Comsol 6.0، فرایند فوق و نیز تاثیر تغییرات شرایط مختلف بهره برداری بر روی فرایند بر پایه‌ی دینامیک سیالات محاسباتی شبیه‌سازی شد. نتایج شبیه‌سازی نشان می دهد که گزینش‌پذیری دی اکسید کربن/نیتروژن 5-15 و تراوایی Barrer 1-26 می باشد. افزایش دما و فشار گاز ورودی تاثیر مثبت بر راندمان جداسازی دارد؛ در حالی­که درصد ورودی دی اکسید کربن تاثیر بسزایی نداشته و می‌توان از تاثیر آن صرف نظر کرد.
کلیدواژه‌ها
غشاء چیتوسان
دینامیک سیالات محاسباتی
جداسازی دی اکسید کربن
غشاء زیست تخریب‌پذیر
موضوعات
[1] Russo F., Galiano F., Iulianelli A., Basile A., Figoli A., Biopolymers for Sustainable Membranes in CO2 Separation: A Review. Fuel Processing Technology. 213(1): 106643 (2021).
[2] دهبان, امین, کارگری, علی, ذکایی آشتیانی, فرزین. کاربرد روش جدایی فازی القا شده توسط بخار برای ساخت غشای فراتصفیه بر پایه پلی فنیل‌سولفون. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران. (1)39: 189-203 (1399).
[3] Baker RW., Membrane Technology and Applications. John Wiley & Sons, (2012).
[4] Bernardo P., Drioli E., Golemme G., Membrane Gas Separation: A Review/State of the Art, Ind. Eng. Chem. Res. 48: 4638–4663 (2009).
[5] Othman S.H., Bio-nanocomposite Materials for Food Packaging Applications: Types of Biopolymer and Nano-Sized Filler, Agric. Agric. Sci. Procedia. 2: 296–303 (2014).
[6] Pathak VM., Review on the Current Status of Polymer Degradation: A Microbial Approach. Bioresources and Bioprocessing; 4(1): 1-31 (2017).
[7] Zargar V., Asghari M., Dashti A., A Review on Chitin and Chitosan Polymers: Structure, Chemistry, Solubility, Derivatives, and Applications, ChemBioEng Rev. 2: 204–226 (2015).
[8] Abdul Khalil H.P.S., Saurabh C.K., Adnan A.S., Nurul Fazita M.R., Syakir M.I., Davoudpour Y., Rafatullah M., Abdullah C.K., Haafiz M.K.M., Dungani R., A Review on Chitosan-Cellulose Blends and Nanocellulose Reinforced Chitosan Biocomposites: Properties and Their Applications, Carbohydr. Polym. 150: 216–226 (2016).
[9] El-Azzami LA., Grulke EA., Carbon Dioxide Separation from Hydrogen and Nitrogen by Fixed Facilitated Transport in Swollen Chitosan Membranes. JmembrSci. 323: 225–234 (2008).
[10] Prasad B., Mandal B., CO2 Separation Performance by Chitosan/Tetraethylenepentamine/Poly (Ether Sulfone) Composite Membrane. J Appl Polym Sci .134: 45206 (2017).
[11] El-Azzami LA., Grulke EA., Carbon Dioxide Separation from Hydrogen and Nitrogen: Facilitated Transport in Arginine Salt–Chitosan Membranes. JmembrSci. 328: 15–22 (2009).
[12] Prasad B., Mandal B., Preparation and Characterization of CO2-Selective Facilitated Transport Membrane Composed of Chitosan and Poly (Allylamine) Blend for CO2/N2 Separation. J Ind Eng Chem, 66: 419–429 (2018).                     
[13] Liu Y., Yu S., Wu H., Li Y., Wang S., Tian Z., et al., High Permeability Hydrogel Membranes of Chitosan/Polyether-Block-Amide Blends for CO2 Separation. JMembrSci 469: 198–208 (2014).
[14] Prasad B., Mandal B., Moisture Responsive and CO2 Selective Biopolymer Membrane Containing Silk Fibroin as a Green Carrier for Facilitated Transport of CO2. JMembrSci 550: 416–426 (2018).
[15] Yu M., Dai Y., Yang K., Li H., Guo H., He G., TEA Incorporated CS Blend Composite Membrane for High CO2 Separation Performance. RSC Adv, 6: 27016–27019 (2016).
[16] Mesbah M., Jafari M., Soroush E., Shahsavari S., Mathematical Modeling and Numerical Simulation of CO2 Removal by Using Hollow Fiber Membrane Contactors. Iranian Journal of Oil and Gas Science and Technology. 6(4): 80-96 )2017(
[17] Cao Y., Alizadeh SM., Fouladvand MT., Khan A., Nakhjiri AT., Heidari Z., Pelalak R., Kurniawan TA., Albadarin AB., Mathematical Modeling and Numerical Simulation of CO2 Capture Using MDEA-Based Nanofluids in Nanostructure Membranes. Process Safety and Environmental Protection. 148(1): 1377-85 (2021)
[18] Farjami M., Moghadassi A., Vatanpour V., Modeling and Simulation of CO2 Removal in a Polyvinylidene Fluoride Hollow Fiber Membrane Contactor with Computational Fluid Dynamics. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 98: 41-51 (2015)
[19] El-Azzami LA., CO2-Selective Membrane for Fuel Cell Applications. (2006)
[20] Tahmasbi D., Hossainpour S., Babaluo AA., Rezakazemi M., Souq SS., Younas M., Hydrogen Separation from Synthesis Gas Using Silica Membrane: CFD Simulation. International Journal of Hydrogen Energy. 45(38):19381-90 )2020(