توضیحات
در صنعت عظیم پتروشیمی، طراحیهای خلاقانه و روشهای توسعه فرآیند با هدف کاهش اندازه تجهیزات، مصرف کمتر مواد اولیه و انرژی و تولید پسماند حداقلی بایستی مد نظر قرار گیرند. هم چنین، در حال حاضر کشور ما و دنیا در برهه زمانی خاصی از لحاظ بهینه سازی فرآیندهای استفاده از منابع انرژی، پیشگیری از هدررفت این منابع و حفظ آن برای نسلهای آینده و تأمین منابع انرژی جدید مقرون به صرفه و پاک قراردارد. یکی از مؤثرترین روشها برای نیل بهاین اهداف، استفاده از فرآیندهای مدرن غشایی است. به طور معمول یکی از مرحله های پرهزینه در صنایع شیمیایی و پتروشیمی، جداسازی است. فرآیندهای غشایی دارای مزیتهای فراوانی نسبت به بسیاری از روشهای مرسوم جداسازی (نظیر تقطیر، استخراج، جذب و جذب سطحی) میباشند. در این پروژه پس از توضیح مختصری در مورد فناوری غشایی، به شبیه سازی فرایند جداسازی هلیوم از ترکیب گاز به کمک غشاء می پردازیم.
در فرآیندهای غشایی هیچ گونه تغییر فازی، که معمولاً بسیار انرژی بر هستند، رخ نمیدهد، از جاذبهای گران قیمت استفاده نمیشود. همچنین لزوم استفاده از حلالهایی که کار کردن با آن ها آسان نیست وجود ندارد. این در حالی است که این فرآیندها بسیار فشرده بوده و به راحتی قابلیت افزایش مقیاس دارند، کاملاً خودکار بوده و دارای هیچ جزء متحرکی نمیباشند. در همین راستا و با توجه به اهمیت فرآیندهای جداسازی به روشهای غشایی و نیاز مبرم کشور به استفاده از این فناوری به روز و راهبردی و هم چنین مشکلات موجود در زمینه تأمین این فناوریها از خارج از کشور، یکی از اهداف اصلی و بلندمدت، دست یابی به فناوریهای ساخت انواع مختلف غشاها، فناوریهای مربوط به مدول کردن این غشاها و توسعه فرآیندهای مختلف غشایی در کشور بوده و میباشد.
فناوری غشایی
امروزه فناوری غشایی به دلیل برخورداری از مزایای بسیار در مقایسه با دیگر فناوری های جداسازی، جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف پیدا نموده است. کاربرد روزافزون این فناوری در صنایع مختلف بالاخص صنایع نفت، گاز و پتروشیمی دلیلی بر این مدعاست. با این که این فناوری در مقایسه با دیگر فناوری ها ازعمر کمتری برخوردار است، توانستهاست حجم قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص دهد و هر ساله با تکیه بر پیشرفت هایی که در توسعه و بهبود این فناوری انجام میپذیرد، سهم خود را در بازار مصرف افزایش دهد.
برای زدایش گازهای صنعتی از تجهیزاتی مانند برجهای پر شده، برجهای پاششی، تمیز کننده های اسکروبر و ستونهای حبابی استفاده می شود. در این تجهیزات با پراکنده کردن فاز گاز در یک فاز مایع، سطح تماس و در نتیجه نرخ انتقال جرم افزایش مییابد. اگرچه این روشها بسیار رایج هستند اما تخمین دقیقی از سطح انتقال جرم در آن ها وجود ندارد. به علت محدودیتهای فرآیندی در سرعت مایع و گاز معمولاً برای جداسازی گازها از غشاهای پلیمری غیر متخلخل استفاده می شود. استفاده از غشاهای جامد برای زدایش گازها به علت پایین بودن ضریب جداسازی و تراوایی پایین دارای محدودیت میباشد. برای رفع این مشکل، غشاهایی با انتخاب پذیری بالا و مقاومت گرمایی بالاتر توسعه یافته اند. شکل زیر بخشی از واحد جداسازی گاز های نجیب به کمک غشاء را نشان می دهد.
کاربرد غشاء
با استفاده از یک ساختار غشای مناسب مانند الیاف توخالی، دوسیال میتوانند در دو طرف غشاء تماس داشته باشند. سطح تماس گاز- مایع در دهانه هر حفره غشاء شکل گیرد. تماس دهنده های غشایی از جمله دستگاه هایی هستند که در صنایع مختلف و به منظور ایجاد سطح تماس بین دو فاز متفاوت (گاز/مایع و مایع/مایع) مورد استفاده قرار می گیرند. ایجاد سطح تماس بیشتر و قابل کنترل از جمله مسائل مورد توجه طراحان دستگاه های جداسازی می باشد زیرا ایجاد سطح تماس بیشتر و مؤثرتر منجر به کاهش حجم دستگاه ها و نهایتاً کاهش هزینه های سرمایه گذاری خواهد شد. تماس دهنده های غشایی از جمله زمینه های تحقیقاتی مطرح در مراکز تحقیقاتی شاخص جهانی می باشد.
قابلیت های بالای تماس دهنده های غشایی، استفاده از آن ها را در فرآیندهایی نظیر شیرین سازی گاز طبیعی الزامی می سازد زیرا سطح تماس ایجاد شده بین دو فاز و سرعت انتقال جرم بالا، باعث کاهش حجم دستگاه های جداسازی، کاهش هزینه های سرمایه گذاری و در نتیجه اقتصادی تر شدن فرآیند شیرین سازی گاز طبیعی به کمک غشاء خواهد شد.
شبیه سازی فرایند جداسازی هلیوم از ترکیب گاز به کمک غشاء
در این پروژه، یک مدل جامع انتقال جرم یک بعدی، جهت خالص سازی هلیوم استفاده شده است. تماس دهنده های غشایی الیاف توخالی دارای ساختاری مانند مبدلهای حرارتی از نوع پوسته – لوله می باشند. تعداد زیادی از الیاف توخالی داخل محفظه های فلزی به نام مدول قرار میگیرند تا ساختار کلی تماس دهنده غشایی را تشکیل دهند. فاز گاز از داخل پوسته یا لوله عبور میکند.
مدل های ریاضی با در نظر گرفتن یک تراوش دهنده غشایی که شامل چندین غشای الیاف توخالی با یک انتهای بسته و اندازه مشخص گسترش داده شدند. براساس این پیکربندی، جریان خوراک در سمت پوسته ظرف جاری است، از سمت انتهای باز الیاف وارد میشود و جریان محصول باقیمانده از سمت انتهای بسته خارج میشود. همچنین جریان تودهای محصول تراوش کرده درون الیاف نیز از سمت انتهای باز الیاف جمع آوری می شود.
شبیه سازی فرایند جداسازی هلیوم از ترکیب گاز به کمک غشاء در نرم افزار Aspen Custom Modeler (ACM) انجام شده است. همچنین این پروژه دارای فایل کد نویسی در نرم افزار متلب، گزارش و فیلم آموزشی می باشد.
جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.