منابع و ماخذ پایان نامه جریان، الیاف، مایع

ماژولهای قاب و صفحه
سطح غشاءها در واحد حجم ماژول در این نوع سیستمها در حدود 100-400 m2/m3 است. درماژولهای قاب و صفحه از صفحه تخت استفاده میکنند. این ماژولها از یک غشاء ساندویچ مانند که دارای دو صفحه تخت غشائی و یک صفحه نگهدارنده میباشد تشکیل شده است. خوراک از دو طرف فاصله انداز که بین دو غشاء قرار گرفته است، عبور میکند. جریان باقیمانده از انتهای ماژول خارج میگردد و جریان نفوذ کرده نیز از میان غشاء عبور نموده و از سمت دیگر غشاء خارج میشود و به این طریق اجزاء از یکدیگر جدا میگردند.
ماژولهای حلزونی
این ماژولها دور یک لوله جمع کننده مرکزی پیچیده شدهاند و به شکل ساندویچ درآمدهاند. جریان خوراک بصورت محوری و در امتداد لوله مرکزی از درون ماژول استوانهای شکل حرکت میکند درحالیکه جریان نفوذی به صورت شعاعی به سمت لوله مرکزی میرود. دانسیته سطح در حجم ماژول حلزونی از نوع قاب و صفحه بیشتر است. وجود فاصله انداز در این غشاءها تأثیر زیادی روی انتقال جرم و افت فشار دارد. معمولاً تعدادی از ماژولهای حلزونی بصورت سری در یک سیستم قرار میگیرند در فرآیندی مانند نمک زدایی از آب دریا، طراحی اندازه سوراخها برای ماکزیمم کردن آشفتگی، کم کردن افت فشار و افزایش دانسیته میباشد.
ماژولهای تیوبی
غشاءهای این ماژولها روی یک سرامیک، تیوب پلاستیکی یا فولاد ضد زنگ متخلخل با قطر تیوبی که معمولاً از 10 میلی متر بیشتر است، قرار میگیرند. تعداد تیوبها در هر ماژول معمولاً بین 4 تا 18 متغیر است ولی میتواند بیشتر نیز باشد. غالباً غشاءهای سرامیکی در ساختن این ماژولها بکار میروند. نسبت سطح به حجم در این ماژولها نسبتآً پایین است.
در این نوع ماژولها کانالهای تغذیه و از همه مهمتر کانالهای نفوذی میتوانند به راحتی تمیز شوند. در نتیجه این ماژولها برای کاربردهای که در آنها تمیز کردن مداوم لازم است (مانند صنایع غذایی) بسیار مناسب میباشند. فایده دیگر این ماژولها ایجاد جریان درهم بدون افت فشار زیاد است. این ویژگی باعث مقاوم شدن ماژول در برابر رسوب دهی میشود. دو عیب عمده این ماژولها عبارتند از:
مصرف زیاد انرژی برای کانالهای تغذیه بزرگ
سرمایه اولیه نسبتاً زیاد برای ساخت ماژول با دانسیته پایین
ماژولهای فیبرتوخالی
الیاف توخالی به لولههای موئینی اطلاق میشود که در آنها جداره الیاف به عنوان سطح انتخاب پذیر عمل میکند. مسائل اقتصادی در استفاده از غشاءها در فرآیند جداسازی سبب توسعه غشاءهایی شده که نسبت سطح به حجم آنها بزرگ میباشد، که یک ایده استفاده از الیاف توخالی است. این غشاءها دارای ساختاری فشرده با سطح غشائی بالایی هستند به گونه ای که با مواد یکسان فلاکس کمتری از غشای الیاف توخالی را در مقایسه با غشاءهای مسطح می توان ساخت. الیافها را میتوان به صورت دستهای بسته بندی کرد و به شکل لوله درآورد تا نهایتاً به غشاء تبدیل شوند. برای تولید چند متر مربع از این غشاءها به کیلومترها الیاف نیاز است. ساخت غشای الیاف توخالی نیازمند کنترل دقیق و سختی است، به گونه ای که با تغییر هر یک از شرایط عملیاتی غشائی با خواص جدید حاصل میشود. بنابراین شناخت پارامترهای موثر بر غشاء و کنترل آنها از اهمیت خاصی برخوردار است.
آرایش الیاف توخالی
غشاءهای الیاف توخالی ساختاری شبیه به مبدلهای پوسته و لوله دارند و به دو صورت آرایش یافتهاند. آرایش اول خوراک روی سطح خارجی الیاف توخالی وارد میشود و در آرایش دوم خوراک داخل سوراخ فایبرها قرار میگیرد که آرایش نوع اول بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. به این صورت که سیال گاز که قرار است جداسازی بر روی آن صورت گیرد از قسمت پوسته و سیال مایع جاذب از داخل لوله وارد میشود. در شکل 1- 6 نمائی از ماژول الیاف تو خالی غشائی را نمایش میدهد.
شکل 1- 6: نمائی از ماژول غشای الیاف تو خالی [18]
فصل دوم
مروری بر تحقیقات گذشته
2-1- تاریخچه استفاده از روشهای متداول برای رطوبت زدایی از گاز با استفاده از مایعات جاذب
در رابطه با رطوبت زدایی از گاز با استفاده از جاذب مایع، از دیر باز تا کنون مطالعات بسیار زیادی انجام شده، که در اکثر موارد از برجهای پرشده، سینی دار و پاششی به عنوان تماس دهنده برای انجام این جداسازی استفاده شده است.
در سال 1994 چانگ23 [19] با انجام یک سری مطالعات آزمایشگاهی، موفق به ارائه یک رابطه تجربی برای بازدهی برجهای پر شده بر اساس انواع مختلف پرکن و مایع جاذب شد. رابطه او شامل شدت جریان مایع و هوا، دمای ورودی مایع و گاز، ابعاد برج و فشار بخار تعادلی مایع جاذب میشد. میانگین خطا بین مقادیر آزمایشگاهی و مقادیر پیش بینی شده توسط رابطه ارائه شده در این مطالعه حدود 7 درصد است. این مطالعه نشان داد که فشار بخار مایع جاذب، پارامتر بسیار مهمی در پیش بینی بازدهی برج است.
چانگ [20] در ادامه تحقیقات خود در سال 1998، جهت مطالعه و بررسی جذب بخارات آب از جریان هوای مرطوب توسط محلول تری اتیلن گلایکول، موفق به طراحی یک برج پاششی برای انجام این فرآیند شد. او به منظور جلوگیری از حضور قطرات مایع در جریان خروجی هوا و همچنین افزایش میزان جذب و احیا از طراحی برج به صورت U-shape استفاده کرد. از جمله نتایج مهم او این بود که، کاهش دمای جاذب تری اتیلن گلایکل باعث افزایش قابل توجه عملکرد برج میشود.
به دلیل محدود بودن تعداد مطالعات آزمایشگاهی در زمینه رطوبت زدایی از هوا تا اواخر قرن 19، مطالعه آزمایشگاهی بسیار دقیق انتقال همزمان جرم و حرارت، بین جاذب مایع تری اتیلن گلایکول و هوا، در برج پرشده با بکار بردن شدت جریان بالای مایع، توسط اوبرگ و گاسوامی24 [21] انجام شد. در کار آنها هم خوانی خوبی بین دادههای آزمایشگاهی و نتایج پیش بینی شده با استفاده از روش مدل سازی تفاضل محدود دیده شد.
در سال 2003 یوساچو و همکارانش25 [22] موفق به ساخت یک پایلوت تماس دهنده غشائی از نوع مارپیچی یا حلزونی شدند. آنها از محلول تری اتیلن گلایکول برای جداسازی بخارات آب بهره بردند. از جمله نتایج مهم این مطالعه این بود که برای نسبتهای تقریباً بالای جریان گاز به مایع، به درصد جداسازی بالایی رسیدند و دمای نقطه شبنم هوای خروجی از تماس دهنده به حدود 20- درجه سانتیگراد رسید.
زوریگات و همکارانش26 [23] در سال 2004 عملکرد برج پرشده را به عنوان رطوبت زدا، با استفاده از مایع جاذب تری اتیلن گلایکول تحت شرایط گرم و مرطوب مورد بررسی قرار دادند. آنها برای ایجاد تماس مستقیم بین هوا و تری اتیلن گلایکول از پرکنهای چوبی و آلمینیومی در یک برج پرشده با نسبت سطح به حجم پایین (77 m2/m3) استفاده کردند. آنها تأثیر پارامترهای شدت جریان هوا و تری اتیلن گلایکول، دمای ورودی این دو جریان، رطوبت هوای ورودی و همچنین غلظت تری اتیلن گلایکول را بر روی عملکرد این برج، مورد بررسی قرار دادند. در این مطالعه مشاهده شد که میزان جداسازی بخار آب با افزایش شدت جریان و غلظت تری اتیلن گلایکول و افزایش شدت جریان هوا، افزایش مییابد. به علاوه مشاهده شد که میزان جداسازی بخار آب با افزایش دمای هوای ورودی فقط برای پرکن های آلومینیوم افزایش مییابد.
2-2- تاریخچه استفاده از غشای الیاف تو خالی برای رطوبت زدایی از گاز
در زمینه استفاده از غشای الیاف توخالی به منظور رطوبت زدایی از گاز مطالعات بسیار محدودی انجام شده است که در ادامه به آنها اشاره میکنیم.
ایستی و همکارانش27 [24] اولین محققانی بودند که، در سال 1997 از غشاهای الیاف توخالی به منظور رطوبت زدایی از هوای مرطوب، استفاده کردند. آنها از یک غشاء ساختگی آب گریز که نسبت به بخارآب نفوذ پذیر ولی نسبت به مایع جاذب نفوذ ناپذیر باشد، به عنوان یک بستر متخلخل بین هوای مرطوب و مایع جاذب استفاده کردند. مطالعه آزمایشگاهی و تئوری بر روی این سیستم با بکار بردن غشاء پلی اتیلن و دو مایع جاذب LiCl و Ca(NO3)2 انجام شد. نتایج نشان داد که، شار انتقال جرم قابل توجه بین جریان هوا و مایع جاذب از طریق غشاء امکان استفاده از آن را به عنوان واحد جذب کننده یا دفع کننده در فرآیند رطوبت زدایی میسر میکند.
برگر و چیاری28 [25] در سال 2001 مطالعه آزمایشگاهی و تئوری رطوبت زدایی از جریان هوا توسط محلول خشک کننده لیتیم کلراید، در غشای الیاف توخالی پلی پروپیلن مورد بررسی قرار دادند. انتقال حرارت و جرم بین فاز مایع و گاز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین یک مدل عددی برای پیش بینی انتقال حرارت و جرم در نظر گرفته شد که نتایج حاصل از آن تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی داشت. دادههای آزمایشگاهی نشان دادند که این فرآیند می تواند در جداسازی بخار آب از هوا بسیار موثر باشد.
در سال 2006 نیفل و همکارانش29 [26] برای کنترل رطوبت هوا از سیستم ماژول غشای الیاف توخالی و محلول لیتیم کلراید به عنوان مایع جاذب استفاده کردند. آنها خواص جریانات عرضی در ماژول را با توجه به افت فشار هوا و خواص انتقالی بخارات آب مورد بررسی قرار دادند. هدف اصلی کار آنها بررسی نفوذپذیری بخارات آب در غشای الیاف توخالی PDMS-coated polyetherimide بود. نتایج نشان دادند اثر منفی پوشش30 بر روی نفوذپذیری در صورتی که یک لایه بسیار نازک بکار برده شود، میتواند به کمتر از 20 درصد مقدار نفوذ برسد.
در سال 2012 ، ژانگ و همکارانش31 [27-29] طی یک سری مطالعات جامع و کامل، انتقال هم زمان جرم و حرارت را برای فرآیند رطوبت زدایی از جریان هوا در غشاءهای الیاف تو خالی، با استفاده از محلول خشک کننده لیتیم کلراید مورد بررسی قرار دادند. به دلیل وجود تعداد زیاد الیافها در تماس دهنده غشائی مدل کردن مستقیم آن کار بسیار سخت و پیچیده ای است. در این مطالعه از یک روش جدید با در نظر گرفتن یک الیاف و فضای اطراف آن به عنوان ناحیه ای برای عبور هوا، استفاده شد که کار شبیه سازی سیستم را به مراتب آسان تر میکرد. آنها برای بدست آوردن این ناحیه، شعاع خارجی متناظر با این ناحیه را با استفاده از فرض مدل هپل دست آوردند. سپس معادلات جریان سیال، انتقال جرم و حرارت در هر دو جریان مایع و هوا با معادلات انتقال جرم و حرارت در درون غشاء با یکدیگر ترکیب شده، و در نهایت حل می شوند تا توزیع سرعت، دما و غلظت در درون سیستم بدست آورده شود. آنها در مطالعه اولیه خود از جریان نا هم سوی هوا و لیتیم کلراید و در ادامه کار خود از جریان متقاطع هوا و لیتیم کلراید استفاده بردند.
فصل سوم
روش انجام کار
3-1- روش انجام آزمایشات
3-1-1- مایع جاذب رطوبت
خشککنهای مایع32متنوعی، شامل محلولهای آبی مواد آلی33 و محلولهای آبی نمکهای غیر آلی34 برای جدا کردن بخارات آب از جریان هوا یا دیگر جریانهای گاز، مورد استفاده قرار میگیرد. نماینده این دو نوع محلول خشککننده به ترتیب تریاتیلنگلایکول (TEG) و لیتیم کلراید (LiCl) هستند. از محلولهای تریاتیلنگلایکول معمولاً برای کاربردهای صنعتی شامل خشککردن35، انجماد36 و ذخیرهسازی37 و از محلولهای لیتیم کلراید به طور معمول برای رطوبتزدایی از ساختمانهای تجاری، مدارس، بیمارستانها و سوپرمارکتها استفاده میشود[19].
با توجه به هدف ما در این پروژه، یعنی جداسازی کامل بخارات آب از جریان گاز، از محلول تریاتیلنگلایکول که جاذب قوی فیزیکی بخار آب است، به منظور رطوبت زدایی از جریان گاز استفاده شد.
تریاتیلنگلایکول مورد استفاده در این آزمایشات از شرکت فرسا شیمی (نمایندگی فروش محصولات پتروشیمی جم) خریداری شد. ویژگیهای این گلایکول خریداری شده جدول 3- 1 آمده است.
جدول 3- 1: ویژگیهای تریاتیلنگلایکول شرکت فرسا شیمی
Clear ,

مطلب مرتبط :   پایان نامه درموردفیلترینگ، اشتراکی، پیشنهادگر

دیدگاهتان را بنویسید