Skip to main content
SUPERVISOR
Arjomand Mehrabani zeinabad,Mortaza Sadeghi
ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما) مرتضی صادقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sadegh Ahmadi Sabzevari
صادق احمدی سبزواری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Modeling of gas permeation process in mixed matrix membranes
Prior models for prediction of permeability in MMMs such as Maxwell? Bruggman? Higuchi? Pal and other models are based on the consideration of only two distinct phases of polymer and non-organic particles in its structure. Thereby, models based on consideration of three phases such as modified Maxwell? Felske and modified Pal models were developed. These models, besides of the mentioned two phases, consider a third phase as an intermediate phase within the MMM structure. Due to existing similarity between gas permeation and heat transfer in nano-fluids, some presented models for prediction of nano-fluids effective thermal conductivity coefficient are used for prediction of MMM permeability. In this thesis, a new model based on applying different structural models for predicting effective permeability in complex particles and MMMs is proposed. It is based on their physical and structural differences. In the new established model, the effective permeability of complex particles has been calculated by co-continuous structural model that was recently proposed for prediction of effective conductivity coefficient in composite materials. In the next step, by substituting the calculated effective permeabilities of complex particles and polymer matrix into the Maxwell- Garnett model the final model for permeability of MMM was derived. By applying Bruggman differential procedure? inaccuracy of Maxwell-Garnett model for large concentration of fillers was treated. The new model considers the effects of particle shape and interfacial shell layer formed between polymer and filler particles. The prior three phase’s models are unable to calculate the interfaciale shell layer properties such as volume fraction of this phase in complex particles and its permeability. The prior models uses a curve fitting procedure for estimation the shell layer properties, while the new model make a more accurate estimation based on some assumptions for estimation of the volume fraction, and defining an experimental parameter for estimation of the permeability of various gases through interfacial shell layer without using of curve fitting procedure. The new model uses primary data including permeability of polymer and fillers, and volume fraction of fillers in MMM. For evaluation of model accuracy and its ability to predict the MMMs performance, several experimental data from literatures were used. Results show that the maximum averaged relative error between model prediction and experimental data is 10.65% for permeation of N 2 through a Ultem and Zeolite 4A MMM, while the minimum averaged relative error is 2.8% for permeation of N 2 through a matrimid and carbon molecular sieve MMM. Furthermore, in this thesis another model for prediction of effective permeability in MMMs with cylindrical shape fillers such as carbon nano tubes is proposed. For derivation of this .
نخستین مدلهای پیش?بینی کننده مقدار تراوایی غشاهای مرکب بر اساس وجود تنها دو فاز پلیمر و ذرات غیرآلی بنیان نهاده شده?اند که از این بین می?توان به مدلهای مکسول، بروگمن، هیگوچی و پال و یا سایر مدلهای دیگر اشاره نمود. سپس مدلهایی به مانند مدل مکسول بهبود یافته، فلسک و مدل پال بهبود یافته توسعه یافتند که علاوه بر دو فاز مذکور، فاز سومی را به نام فاز میانی در ساختار غشاهای مرکب در نظر می?گیرند. نظر به شباهت فرآیند تراوش گاز و انتقال حرارت در نانوسیالات، برخی از مدلهای ارائه شده برای پیش?بینی ضریب هدایت حرارتی موثر در نانوسیالات، برای پیش?بینی تراوایی غشاهای مرکب نیز ارائه شده?اند. در این پایان?نامه مدل جدیدی بر اساس مدلهای ساختاری متفاوت برای محاسبه تراوایی موثر در ذرات مرکب شامل ذرات و لایه اطراف آن، و همچنین محاسبه تراوایی مؤثرکل غشاء با توجه به وجود تفاوتهای فیزیکی و ساختاری بین آنها پیشنهاد شده است. در مدل پیشنهادی جدید برای پیش?بینی مقدار تراوایی موثر در ذرات مرکب، از مدل ارائه شده?ای موسوم به مدل پیوسته که برای پیش?بینی ضریب هدایت حرارتی موثر مواد مرکب ارائه شده است استفاده گردیده و سپس مدل نهایی برای پیش?بینی تراوایی موثر در غشاهای مرکب از جایگزینی تراوایی موثر ذرات مرکب و تراوایی پلیمر در مدل مکسول - گارنت حاصل گردید. در ادامه با استفاده از روش دیفرانسیلی بروگمن، عدم دقت کافی مدل مکسول – گارنت برای پیش?بینی تراوایی موثر غشاء مرکب در نسبتهای حجمی بالای ذرات برطرف گردید. مدل جدید اثرات شکل ذرات و همچنین فاز میانی تشکیل شده بین ذرات و پلیمر را در نظر می?گیرد. آنچه در مدلهای ارائه شده پیشین که بر اساس فرض وجود سه فاز در غشاهای مرکب قابل توجه است، عدم توانایی این مدلها در محاسبه ویژگیهای فاز میانی مانند جزء حجمی این فاز در ذرات مرکب و تراوایی آن می باشد. که در همه مدلهای ارائه شده برای پیش?بینی ویژگیهای این فاز میانی از روش مطابقت نمودار با داده?های تجربی استفاده می?شود. در حالیکه مدل ارائه شده جدید با توجه به فرضیاتی که برای تخمین جزء حجمی فاز میانی به عمل آورده، و با تعیین یک عامل تجربی برای تخمین تراوایی گازهای مختلف از درون فاز میانی از طریق تنها یک داده آزمایشگاهی، توانایی برآورد این ویژگیها را بطور مستقل و بدون نیاز به انطباق نمودار و فقط بر اساس داده?های اولیه شامل تراوایی پلیمر و ذرات و همچنین جزء حجمی ذرات در غشاء دارا می?باشد. برای ارزیابی دقت مدل از چندین داده تجربی موجود در مراجع معتبر استفاده گردید که حداکثر خطای نسبی متوسط مشاهده شده بین پیش?بینی مدل و داده?های تجربی، مربوط به تراوایی نیتروژن از درون غشاء مرکب اولتم و زئولیت 4 آنگستروم می?باشد که برابر 65/10 درصد است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی