مدل‏سازي و شبيه‏سازي جذب واكنشي دي اكسيد كربن

كارشناسي ارشد

چكيده افزايش انتشار گازهاي گلخانه¬اي به ويژه دي اكسيد كربن (CO2)، جداسازي آن¬را به منظور كاهش اثرات پديده¬ي گرمايش زمين، الزامي ساخته است؛ همچنين، جداسازي CO2 از جريان گاز طبيعي، اهميت بالايي دارد. از بين روش¬هاي مختلف جداسازي، با توجه به ويژگي¬هاي گاز دودكش (حجم بالا و فشار پايين)، همچنان جذب شيميايي CO2 به عنوان روشي بالغ و كارآمد با بازدهي بالا، در نظر گرفته مي¬شود. در اين رساله، مدل¬سازي و شبيه¬سازي مبتني بر سرعت ديناميكي غير تعادلي و اصلاح شده¬، براي فرآيند جذب واكنشي CO2 در محلول¬هاي آبي پيپرازين (PZ: C4H10N2) انجام شده است. به اين منظور، ابتدا تعدادي زير برنامه/مدل ترموديناميكي، سينتيكي و انتقال جرمي در نرم¬افزار متلب (MATLAB) كد نويسي شده و با ايجاد يك بانك جامع از داده¬هاي حلاليت تعادلي CO2 در محلول¬هاي آبي PZ، يك شبكه¬ي عصبي مصنوعي با دقت بالا (%39/2=%AARD)، به منظور پيش¬بيني ميزان بارگذاري تعادلي CO2، به طور مستقل توسعه يافت. از نتايج اين شبكه به منظور بهبود همگرايي حل دستگاه معادلات غيرخطي حاصل از مدل ترموديناميكي (γ-φ) و هم به طور مستقل در رابطه¬ي توسعه يافته براي محاسبه¬ي شار انتقال جرم CO2، استفاده شده است. در بخش مدل¬سازي سينتيكي و انتقال جرمي، با انجام تعدادي آزمايش¬ تجربي و به كارگيري تئوري پاي (π) باكينگهام، اعداد بي¬بعد سيستم مشخص شده و روابطي جديدي براي ثوابت سرعت واكنش¬ها و شار مولي انتقال جرم CO2 ارائه شد كه نسبت به روابط قبلي موجود در منابع، دقت بالاتري داشته (% 93/2=%AARD) و علاوه بر در نظر گرفتن تمامي واكنش¬هاي مهم شامل CO2، از فرض ساده كننده‌ي واكنش درجه-ي اول مجازي (P.F.O) نيز، اجتناب گرديده است. در نهايت، مدل¬سازي و شبيه¬سازي ديناميكي مبتني بر سرعت مرحله¬اي اصلاح شده، انجام پذيرفت كه در آن روابط سينتيكي و انتقال جرمي توسعه يافته در اين رساله به كار رفته و همچنين، فرض ساده كننده¬ي جريان قالبي در برج پرشده (آكنده)، حذف و متعاقباً اثر اختلاط محوري در نظر گرفته شده است. مجموعه معادلات ديفرانسيل جزئي و جبري (PDAE) مدل مبتني بر سرعت توسعه يافته، به روش عددي خطوط (MOL) حل شده و نتايج شبيه¬سازي¬هاي نهايي با استفاده از داده¬هاي تجربي اعتبارسنجي شدند. نتايج حاصل از شبيه¬سازي، اثر منفي اختلاط محوري بر عملكرد جداسازي برج را تأييد مي¬كند كه اين اثر، در مورد برج¬هاي پرشده در مقياس صنعتي شديدتر خواهد بود. نتايج اعتبار سنجي مدل مبتني بر سرعت توسعه يافته در حالات مختلف، نشان¬دهنده¬ي توانمندي و دقت بالاي آن (%59/6=%AARD) در پيش¬بيني رفتار فرآيند است. واژه‌هاي كليدي: دي اكسيد كربن، پيپرازين، جذب واكنشي، مدل¬سازي مبتني بر سرعت، شبيه¬سازي.

188775

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر احد قائمي

دكتري

دكتر شاهرخ شاه حسيني