مدلسازی کامسول جذب CO2 به کمک نانوذرات آلومینا

توضیحات

در این پروژه از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی برای نشان دادن رفتار گاز دی اکسید کربن در طی فرآیند جذب بین دو مدل مختلف جذب با محلول آمینی و جذب با نانو ذرات آلومینا استفاده شده است. در زیر تکنیک دینامیک سیاالت محاسباتی تعریف شده است.

فرضیات

جریان گاز به صورت Steady State وارد سیستم غشایی می شود
مدل پیاده شده برای مدلسازی اصلی (نانوذرات آلومینا) از معادلات نادسن پیروی می کند
شرایط عملیاتی فرآیند به صورت ایزوترمال می باشد.
منافذ و حفرات غشا به صورت یکنواخت می باشد و تراکم آن بر روی غشا در همه سطح غشا برابر است.
از قانون فیک برای نفوذ و تراوش کربن دی اکسید از غشا استفاده می شود.
رفتار مخلوط گاز ورودی به درون ماژول غشا، به صورت ایده آل می باشد.
برای مدل مقایسه ایی که با محلول نانو سیال آلومینا در نظر گرفته شده است ترکیب گاز ورودی به غشا فقط کربن دی اکسید می باشد.
در مدلسازی اصلی وضعیت عملیاتی در هر دو سیستم غیر مرطوب می باشد.
جریان گاز به صورت آرام وارد ماژول غشا می شود (Laminar).
در مدلسازی نانو ذرات آلومینا برای جذب مشخصات غشا از مقاله مرجع آزمایشگاهی برداشت شده است

مدلسازی با حلال نانو ذرات آلومینا

در اینپروژه (شکل زیر) مدل دو بعدی به منظور جداسازی دی اکسید کربن از جریان گاز با استفاده حلال نانو سیال آلومینیوم اکسید در تماس دهنده غشایی الیاف توخالی توسعه داده می شود. نفوذ محوری و شعاعی در داخل پوسته، بخش پوسته و نیز در داخل غشا در نرر گرفته می شود .

تماس دهنده غشایی متشکل از سه قسمت پوسته، غشا، و پوسته می باشد. جریان گاز CO2 ( داخل پوسته) جریان می یابد. در حالی که حلال در داخل پوسته در خلاف جهت جریان دارد. معادله پایستگی جرم دو بعدی در حالت پایا برای هر سه بخش نوشته می شود. جریان گازی به قسمت پوسته وارد می شود (در z = L ) در حالی که حلال به قسمت پوسته وارد می شود در(z=0) .

دی اکسید کربن در نتیجه نفوذ در داخل غشا و جذب واکنش با حلال جدا می شوند. مدل برای یک قسمت از الیاف توخالی، نشان داده شده در شکل بالا، توسعه داده می شود که در آن حلال به صورت کاملا توسعه یافته با پروفایل سرعت سهموی جریان دارد. الیاف با جریان آرام گاز در جهت مخالف جریان مایع احاطه شده است. شکل زیر سطح مقطع تماس دهنده غشایی را نشان می دهد.

در این پروژه فرایند جذب CO2 به کمک نانو سیال آلومینیوم اکسید در نرم افزار کامسول مدل سازی شده است. شکل زیر شماتیک ماژول مش زده شده جهت مدلسازی و شبیه سازی ماژول را نشان می دهد.