Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany,Nasrin Etesami
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما) نسرین اعتصامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Neda Shabani
ندا شعبانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
The removal of carbon dioxide from process gas streams is an important step in many industrial processes for a number of technical, economical or environmental reasons. In the presence of water, CO 2 - being an acid gas – can cause corrosion to process equipment. Besides this, the presence of CO 2 reduces the heating value of a natural gas stream and also wastes valuable pipeline capacity. The conventional technology to capture CO 2 on large scale is the absorption- desorption process, in which (aqueous) solutions of alkanolamines are frequently used as solvents. Nowadays, the addition of an activator or more specifically piperazine (PZ) to an aqueous N-methyldiethanolamine (MDEA) solution has found widespread application in the bulk removal of carbon dioxide. More generally, the localization of the mass transfer resistance to the interfacial region presents a problem in the intensification of most multiphase contacting processes in the chemical and biochemical industries, since effective strategies have to work in this micronthin region. Conventional methods for improving the rate, which rely on intensifying mixing or turbulence in the bulk of the phase or phases involved, therefore have inherent limitations. Thus in recent years there has had been some interest in the potential of nanofluids to influence mass transfer rates. In this work absorption of carbon dioxide into an aqueous MDEA+ PZ+H 2 O was investigated in a stirred vessel at 101.3 kPa to measure the absorption rate and volumetric mass transfer coefficient of CO 2 . Effect of different parameters such as temperature, gas flow rate, amine concentration, type of nanopartices (silica and alumina), nanoparticle concentration and agitation rate on mass transfer rate were investigated. The concentration of nanoparticles was in the range of 0.0001-0.03% v/v. The volumetric liquid-side mass transfer coefficient (k L a) of CO 2 was estimated by using film theory. The results show maximum enhanced absorption rates of 42.53% and 35.22% for SiO 2 and Al 2 O 3 particles (compared to base solution), respectively. It is also found that SiO 2 nanoparticle is a better candidate than Al 2 O 3 nanoparticle and 0.001 vol% of nanoparticles is an optimum concentration for CO 2 absorption enhancement for the present experimental conditions. ‌The nanoparticles suspended in the base fluid cover the bubble, and as the movement of the fluid due to external forces becomes more dynamic, the particles collide with the gas-liquid interface, breaking the bubble into smaller size bubbles. More bubbles mean a larger interfacial area which would promote the mass transfer from the gas to the liquid. Addition of nanoparticles to the base solution decreases the surface tension of fluid which causes larger interfacial area. Keywords: Volumetric mass transfer coefficient, carbon dioxide, agitated vessel, amine solution, nanoparticles, nanofluids
حذف اجزاء اسیدی به دلایل مسائل ایمنی، کنترل خوردگی، رسیدن به مشخصات لازم جهت محصول گاز یا مایع، جلوگیری از سمی شدن کاتالیزور در فرآیندهای پایین دست و رعایت استانداردهای محیط زیست می‌باشد. جذب گاز توسط فاز مایع یکی از روش‌های متداول برای حذف یا جداسازی یک جزء از یک مخلوط گازی است و از طرفی ضرایب انتقال جرم در طراحی دستگاه‌های انتقال جرم مانند برج‌های تقطیر، برج‌های جذب و دفع، برج‌های خنک کننده آب نقش مهمی دارند. افزایش ضریب انتقال جرم سبب افزایش راندمان، کاهش اندازه و هزینه‌های ساخت تجهیزات می‌شود. دانشمندان از دیرباز به دنبال راهکارهایی برای افزایش ضریب انتقال جرم و بهبود فرآیندهای انتقال بوده‌اند. در این راستا شناخت چگونگی انتقال جرم مانند ماهیت مواد، ضرایب نفوذ، ضخامت لایه نفوذ، تلاطم و افزودن میکرو و نانوذرات به سیال پایه می‌تواند در بهبود انتقال جرم سودمند باشد. هدف از این تحقیق بررسی اثر حضور نانوذرات سیلیکا و آلومینا بر میزان جذب گاز دی‌اکسیدکربن در محلول متیل‌دی‌اتانول‌آمین+ پایپرازین+ آب، در فشار 1 بار در راکتور همزن‌دار می‌باشد. در این راستا راکتور همزن‌دار دو جداره با حجم ا لیتر مورد استفاده قرار گرفته است. در این پژوهش اثر پارامترهای مختلف مانند دما، شدت جریان گاز ورودی، غلظت آمین، غلظت نانوذرات، دور همزن و روش‌های مختلف پخش نانوذرات بر تغییرات ضریب انتقال جرم حجمی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی‌ها نشان داد که در سیستم مورد استفاده نانوذرات آلومینا نسبت به ذرات سیلیکا پایداری کمتری دارند و به سرعت ته نشین می‌شوند. اندازه نانوذرات آلومینا در محدوده 40-70 نانومتر و نانوسیلیکا 10-15 نانومتر می‌باشد. محدوده غلظت نانوذرات مورد استفاده 0001/0-03/0 درصد حجمی می‌باشد. نتایج نشان داد که برای هر دونوع نانوسیال بررسی شده، در غلظت‌های کمتر از 02/0 درصد حجمی، میزان جذب گاز نسبت به سیال پایه افزایش می‌یابد که این افزایش دارای بیشینه‌ای در غلظت 001/0 درصد حجمی می‌باشد. همچنین با افزایش غلظت نانوذرات از 02/0 تا 03/0 درصد حجمی، نرخ انتقال جرم نسبت به سیال پایه کاهش می‌یابد. افزودن نانوذرات سیلیکا با غلظت %001/0 حجمی در دمای °C 30 ، ضریب انتقال جرم حجمی را به میزان %42 نسبت به سیال پایه افزایش می‌دهد. ‌افزودن نانوذرات به سیال پایه باعث تغییر در خواص فیزیکی سیال پایه و در نتیجه تغییر در عملکرد آن در زمینه انتقال جرم می‌شود. در زمینه انتقال جرم در سیستم دو فازی تغییر در ضریب نفوذ، کشش سطحی و هیدرودینامیک سیستم (اندازه حباب‌ها) از عوامل اثرگذار می‌باشد، که بررسی کشش سطحی محلول در حضور و عدم حضور نانوذرات نشان داد که سطح تماس ویژه در حضور نانوذرات به صورت قابل توجه‌ای افزایش می‌یابد. کلمات کلیدی: جذب گاز، دی‌اکسیدکربن، ضریب انتقال جرم حجمی، نانوذرات سیلیکا و آلومینا، متیل‌دی‌اتانول‌آمین، پایپرازین ، راکتور همزن‌دار، نانوسیال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی