مقدمه
بر طبق استانداردهاي بين المللي ونيز استاندارد شركت ملي نفت ايـران ، ميـزان م جـاز ناخالـصي هـا در گازهـاي تصفيه شده معين گرديده و طبق استاندارد ASTM درگازهاي تصفيه شـده حـداكثر گـوگرد مجـا ز³mg/Nm۹ /۲۲ و حدا كثر مركاپتان مجا ز³mg/Nm۵ /۱۱ است . در بيشتر منابع گازي مقادير اين ناخالصي ها بيـشتر بـوده و ضرورت دارد توسط فرايند هاي مناسب به مقدار م جاز خود كاهش يابد
گوگرد مي تواند به صورت گوگرد عنصري ويا عمدتاً به صورت هيدروژن سولفيد و سولفيد كربنيـل و دي سـولفيد كربن و مركاپتان ( RSH ) . تيوفن و ياساير تركيبات گوگرد باشد .
اين ناخالصي هاي گوگردي نه تنها باعث ايجاد بوي بد در گاز مي شـوند بلكـه در هنگـام احتـراق اكـسيد شـده و ايجاد آلودگي زيست محيطي مي نمايد . با وجود آنكه مساحت و جمعيت كشور ايـران در حـدود يـك صـدم كـل مساحت و جمعيت جهان است ، ذخيره سازي گازي گسترده در اعماق آن بين۱۴ تـا۲۰ درصـد از كـل ذخيـره موجود گاز در كره زمين را تشكيل مي دهد . ايران با دارا بو دن بيش از۲۱ تريليون متر مكعب ذخاير گاز طبيعـي شناخته شده يكي از غني ترين كشورهاي جهان از نظر ذخاير گاز طبيعي است . بابرخورداري ازچنين ذخيـره اي ، گاز به عنوان سوخت و انرژي مي تواند در صدر منابع مورد استفاده قرار گيرد تا پاسخگوي رشد روز افزون مـصرف انرژي و هم چنين به عنوان منبعي براي درآمدهاي حاصل از صادرات تلقي گردد . افزايش ميزان مصرف گاز بـالاتر از۸ % در سال در بعضي نواحي پيش بيني مي گردد . گاز آن طور كه در طبيعت موجود است كمتر مورد اسـتفاده قرار مي گيرد، زيرا گازي كه از منابع زير زميني حاصل مي شود داراي مقادير متفاوتي از ناخالـصي هـا اسـت كـه عمدتاً شامل هيدروژن سولفيد و دي اكسيد كربن و مركاپتان ها مي باشد . وجود اين ناخالـصي هـا در گـاز باعـث اشكالات فراواني مي گردد، به عنوان مثال هيدروژن سولفيد حتي نسبت به لوله هايي از جـنس فـولاد ضـد زنـگ نيز خورنده بوده وهنگام سوختن تولي د گازسمي و خورنده دي اكسيد گوگرد مي نمايد .ازطرفـي ناخالـصي هـا بـه عنوان مسموم كننده كاتاليست ها محسوب مي شوند.

کاربرد جاذب غربالی ملکولی در مرکاپتان زدایی (به همراه مدل سازی و شبیه سازی آن)

کاربرد جاذب غربالی ملکولی در مرکاپتان زدایی (به همراه مدل سازی و شبیه سازی آن)

فهرست مطالب

چكيده ………………………….. ………………….. …………………………. ………………………….. ……………۱
مقدمه ………………………….. ………………………….. ………………………………………………. ………….۲

فصل اول : كليات…………………………………………………………………………………..۳

۱ -۱ ) هدف ………………………….. ………………………….. ………. …………………………………………..4
۱ -۲ ) پيشينه تحقيق ………………………….. ……………………….. ………………………….. ………………..۴
۱ -۳ ) روش كار وتحقيق ………………………….. …………………. …………………………………………………۴

فصل دوم : ……………………………………………………………………………………… ……۶

۲ -۱ ) جذب سطحي ………………………….. ………………………….. ……………………………………………7
۲ -۲ ) جاذب ها …………………………………………………. ………………………….. ………………………..۱۳
۲ -۳ ) فرايندهاي جذب سطحي ………………………….. ……………………………….. ………………………….۲۲
۲ -۴ ) روش هاي خالص سازي گاز طبيعي …………………………………… ………………………….. …………۳۳
۲ -۵ ) روش هاي جدا سازي مركاپتانها از گاز طبيعي …………………………………………… ……………………۳۷
۲ -۶ ) شماي كلي واحد فرايند گاز ………………………….. ………………………………… ……………………..۴۵
۲ -۷ ) گوگرد و تركيبات آن …………………………. ………………………….. ………………………….. …………۴۷

فصل سوم :………………………………………………………………………………… ……۵۱

۳ -۱ ) مدل سازي جذب سطحي در بستر ساكن ………………………….. ………… ………………………….. .۵۲
۳ -۲ ) م دل هاي تعادلي جذب سطحي ………………………….. …………………………………. ………………۵۶
۳ -۳ ) محاسبه ضريب پراكندگي محوري ………………………………… ………………………….. ……………۶۸
۳ -۴ ) محاسبات سيكلي ………………………….. …………………….. ………………………….. …………… ۷۰

فصل چهارم :………………………………………………………………………………………72

۷۲ ۴ -۱ ) استخراج معادلات …………………. ………………………….. ………………………….. …………..۷۳
۴ -۲ ) روابط وپارامترهاي مورد نياز معادلات موازنه جرم ………………………………………….. ………………۷۵
۴ -۳ ) شرايط مرزي و اوليه و محاسبات سيكلي ………………………….. ………………………….. …………….۸۳
۴ -۴ ) شكل عددي معادلات ………………………….. ………………………… ………………………….. …….۸۴
۴ -۵ ) روند حل معادلات در حالت همدما …………………………………… ………………………….. ………… ۸۷

فصل پنجم :……………………………………………………………………………………………۹۱

نتيجه گيري ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………..۹۲

پيشنهادات ………………………….. …………………………… …………………….. …………………………..۱۰۰

پيوست ها ………………………….. …………………………. ………………….. ………………………….. ….۱۰۰
منابع و مأخذ ………………………….. ………………………….. ……………………. ………………………….۱۰۵

چكيده انگليسي ………………………….. ………………………….. …………………………. ……………………۱۰۹

فهرست جدولها

۲ – ۱ : فرآيند جذب سطحي سيكلي ………………………….. ……………………………………… …………………۹
۲ -۲ : مقايسه فرايندهاي مختلف جذب سطحي ………………………….. ……………………………………………..۳۲
۳ -۱ : مقايسه پارامترهاي محاسبه شده براي پروپان در زئوليت بر اساس مدل لانگمير با مقدار هاي بدست آمده از آناليز دقيق ………………………….. ………………………….. ………………………………………………………………………..۶۳
۳ -۲ : مقادير تجربي ضرايب معادله (۳ -۳۶ ) براي محاسبه ضريب پر اكندگي محوري……………………………….۷۰
۴ -۱ : معادله حالت SRK ….ا………………………………………. ………………………….. ………………………. …..۷۶
۴ -۲ : ثوابت ترموديناميكي اجزاء موجود در سيستم ……………………………………………… …………………….۷۷
۴ -۳ : مقادير ثوابت آيزوترم هاي وابسته به دماي معادله لانگمير …………………………………………………….. ..۷۸
۴ -۴ : پارامترهاي معادله۴ -۱۶ ………………………….. ……………………………….. ……………………………۸۳
۴ -۵ : شرايط مرزي و اوليه ………………………….. ………………………………. ………………………………. ..۸۵
۴ -۶ : مشخصات خوراك ورودي واحد ………………………….. …………………………………….. ……………….۸۹
۴ -۷ : مقادير پارامترهاي حل عددي معادلات ………………………….. ………………………………………….. …۸۹
۴ -۸ : پارامترهاي سيستم مورد بررسي در اين مطالعه ……………………………………………….. ……………..۹۰
فهرست نمودارها
۵ – ۱ : تغييرات غلظت مركاپتان در طول برج در زمانهاي مختلف مرحله جذب سطحي ………………………………..۹۳
۵ – ۲ : تغييرات غلظت آب درطول برج در زمانهاي مختلف مرحله جذب سطحي ……………………………. ……….۹۳
۵ – ۳ : تغييرات زماني غلظت مركاپتان در دو نقطه برج ………………………………………. ……………………….۹۴
۵ – ۴ : تغييرات زماني غلظت آب در دو نقطه برج ………………………….. …… ………………………….. …….۹۴
۵ – ۵ : تاثير دماي خوراك بر غلظت محلول …………………………….. ………………………….. ………………۹۵
۵ – ۶ : ت اثير شدت جريان خوراك بر زمان جذب سطحي ………………………….. …………. ………………….۹۷
۵ – ۷ : تاثير غلظت مركاپتان و آب در خوراك بر طول بستر ………………………………………… ……………….۹۸
فهرست شكل ها
-۱ : ساختمان شبكه اي زئوليت ها ………………………….. ………………………………………. ……………….۱۵
۲ -۲ : ساختمان شبكه اي انواع زئوليت ها ……………………………………… …………………………… ………۱۶
۲ -۳ : شكل شماتيك ارائه شده زئوليت mordenite ……….ا……………………………………… …………………۱۷
۲ -۴ : ساختمان كانال زئوليت ها ………………………….. ………………………………… ………………………..۱۷
۲ -۵ : تجهيزات اوليه براي تماس يك مايع با يك جذب تك بچ ……………………………………………………… ….۲۳
۲ -۶ : تجهيزات اوليه براي تماس يك مايع با يك جذب دو بچ ………………………………………………….. ……..۲۴
۲ -۷ : تماس مختلف الجهت سه مرحله اي ………………………….. ………………………………………. ………۲۵
۲ -۸ : روند حركت منطقه انتقال جرم در طول يك بستر جذب ساكن ………………………………………………….۲۶
۲ -۹ : تاثير پارامترهاي تعادلي بر روي تعادل جذب سطحي …………………………………………….. …………..۲۸
۲ -۱۰ : شكل شماتيك جذب كننده بستر سيالي ………………………….. ………………………………………….۳۱
۲ -۱۱ : شكل شماتيك يك جذب كننده بستر چرخشي ………………………….. ……………………………………۳۱
۲ -۱۲ : شكل شماتيك فرآيند جذب توسط . حلال ………………………………………….. …………………………۳۳
۲ -۱۳ : تراوش گاز ………………………….. ……………………. ………………………….. ……………………….۳۵
۲ -۱۴ : واحدهاي تراوش گاز ………………………….. ………………………….. ……………………………….. ..۳۶
۲ -۱۵ : شماي كلي فرآيند مراكس ………………………….. …………………………………. ……………………۴۱
۲ -۱۶ : فرآيند مركاپتان زدايي گاز با روش غربال مولكولي ……………………………………………. ……………..۴۴
۳ -۱ : طبقه بندي Brunauer براي آيزوترم ………………………….. ……………………………………… ………..۵۷
۳ -۲ : نتايج به دست آمده براي پروپان ………………………….. …………………………………… ……………….۶۲
۳ -۳ : بررسي صحت رابطه لويس ………………………….. …………………………….. …………………………..۶۵
۴ -۱ : المان در نظر گرفته در موازنه ………………………….. ……………………………………. …………………۷۳
۴ -۲ : آيزوترم هاي جذب سطحي مركاپتان در دماهاي مختلف ………………………………………………….. ….۷۸
۴ – ۳ : آيزوترم هاي جذب سطحي آب در دماهاي مختلف …………………………………………….. …………….۷۹

فصل اول
۱ -۱ هدف :
در اين رساله ، هدف ارائه مدلي است كه ضمن سادگي با مدلهايي كه قـبلاً بـراي سيـستم هـاي جـذب سـطحي سيكلي ارائه شده است ، قابل تطابق باشد بنابراين با بررسي مدل هاي مختلفي كه براي چنين سيستم هايي ارائـه شده است و با در نظر گرفتن شرايط سيستم مورد بررسي فرضيات مناسـب مـدل سـازي انتخـاب شـده و شـبيه سازي بر اساس آن انجام گرفته و در نهايت پروفايل غلظت ها در طول برج در مرحله جذب سـطحي در زمانهـاي مختلف رسم شده است .
۱ -۲ ) پيشينه تحقيق
در سال۱۹۸۶ توسط Ruthven شبيه سازي عددي فرايند PSA با استفاده از مدل نفوذ درون حفـره و در سـال۱۹۹۰ توسـط Farooq­ Ruthven جـدا سـازي هـوا بـا اسـتفاده از PSA [ ۴ ] . در سـال۱۹۹۱ Golden­Kumar فرا يند TSA بـراي حـذف ناخالـصي هـا بـا غلظـت كـم [۵ ] – درسـال۱۹۹۱ توسـط Kluge مرحله تخليه در فرايند PSA به صورت تئوري و آزمايشگاهي [ ۶ ] – در سـال۱۹۹۳ توسـط Baron مدل سازي فرايند PSA [ ۷ ] – در سال۱۹۹۵ توسط Hertzberg­Kvamsdal بهينـه سـازي سيـستم PSA براي جدا سازي غلظت كم [۸ ] – در سال۱۹۹۶ توسط Chou­Huang شبيه سازي فراينـد PSA بـا استفاده از روش عددي اجزاء محدود [ ۹ ] – در سال۱۹۹۶ توسط Sun شـبيه سـازي فراينـد PSA بـا نفـوذ محدود بـا روش عـددي تفاضـل محـدود [۱۰ ] – در سـال۱۹۹۷ توسـط Tanczyk­Warnmuzinski مـدل سازي فرايند PSA در ابعاد بزرگ [ ۱۱ ] – در سال۲۰۰۰ توسـط Yang مـدل سـازي فراينـد PSA بـا در نظر گرفتن پديـده hysteresis [ ۱۲ ] . در سـال۲۰۰۰ توسـط Tondeur­Chahbani سـينيتيك انتقـال جرم در فرايند PSA [ ۱۳ ] – در سال۲۰۰۱ Mendes شبيه سازي فرايند PSA بـا مـدل ه ـاي پيچيـده انتقال جرم به ذره [۱۴ ] – در سال۲۰۰۲ توسط Ko اثر دماي گاز احياء بر عملكـرد فراينـد TSA [ ۱۵ ] – در
۴
سال۲۰۰۳ توسط Cruz شبيه سازي و بهينـه سـازي فراينـدهاي جـذب سـطحي سـيكلي [ ۱ ] – در سـال۲۰۰۴ توسـط Clausse جـذب مخلـوط گـاز در فراينـد TSA [ ۱۶ ] – در سـا ل۲۰۰۵ توسـط Clausse فرايند TSA با گرمـايش و سـرمايش غيـر مـستقيم [ ۱۷ ] -۲۰۰۵ توسـط Guan شـبيه سـازي دينـاميكي فرايند PSA با استفاده از شبكه الكتريكي [۱۸ ]
۱ -۳ ) روش كار وتحقيق
از آنجايي كه اساس روش غربال مولكولي جذب س طحي است ، به همـين دليـل در فـصل دو م بـ ه بيـان مفـاهيم اصلي جذب سطحي و فرايندهاي مختلف جذب سطحي پرداخته شده و انواع فرايندهاي جـذب سـطحي سـيكلي ارائه شده است .
وچون واحد مركاپتان زدايي يكي از واحدهاي فرايند گاز است به طور خلاصه شمايي كلـي از فراينـدهايي كـه در پالايشگاه گاز انجام مي شود ارائه شده است .
پس از آن به روش هاي خالص سازي گاز پرداخته شـده و روشـهايي كـه بـراي حـذف مركاپتانهـا از جريـان گـاز استفاده مي شود ارائه شده است .
فصل سوم به بررسي نحوه مدل سازي فرايندهاي جذب سطحي سيكلي اختصاص داده شـده اسـت و معـادلات و روشهاي مختلفي كه براي مدل سازي و محاسبه پارامترهاي مدل وجـود دارد بيـان شـده و فـصل چهـارم مـدل تشريح كننده اين واحد در حالت همدما استخراج شده است .
و درنهايت درفصل پنجم نتيجه گيري از مجموعه مباحث مطرح شده در اين رسـاله و پيـشنهادهايي جهـت ادامـه كار ارائه گرديده است .

کاربرد جاذب غربالی ملکولی در مرکاپتان زدایی (به همراه مدل سازی و شبیه سازی آن)

کاربرد جاذب غربالی ملکولی در مرکاپتان زدایی (به همراه مدل سازی و شبیه سازی آن)

فصل دومجذب سطحي وانواع جاذبها

۲ -۱ جذب سطحي
جذب سطحي يك فرايند جدا سازي است كه در آن برخي از اجزاء فاز سيال به سطح يك جـاذب سـطحي جامـد انتقال مي شوند . معمولاً ذرات ريز جاذب در بستر ثابتي نگاه داشته مي شوند و سيال به صورت پيوسـته از ميـان بستر عبور داده مي شود تا جامد تقريباً سير شود ديگر نتوان به جدا سازي مورد نظر دست يافـت سـپس جريـان به بستر دوم هدايت مي شود تا بتوان جاذب سير شده را جايگزين يا احياء كرد ، تبادل يون فرآيند ديگـري اسـت كه معمولاً به اين صورت نيمه پيوسته در يك بستر ثابت انجام مي شود .
آبي كه قرار است نرم يا يون زدائي شود از روي دانه هاي رزين تبادل يون كه در يك سـتون قراردارنـد عبـور داده مي شود تا زماني كه رزين تقريباً سير شود . حذف مقدار بسيار كم ناخالصيها به كمك واكنش با مواد جامـد را نيـز مي توان در بسترهاي ثابت انجام داد . ح ذف هيدروژن سـولفيد از گـاز سـنتز بـه كمـك حبـه هـاي Zno مثـال معروفي از اين دست است . در تمامي اين فرايندها چگونگي عملكرد به تعادل جامد – سيال و سرعت انتقـال جـرم بستگي دارد .
كاربرد عمده جذب سطحي در جدا سازي مخلوطهاي گازي به چشم مي خورد . درحالت جداسازي هـاي گـازي از فرايند جذب در رطوبت زدايي هوا و ديگر گازها ، بو زدايي و جدا سازي ناخالصي ها از گازهاي صـنعتي مثـل دي اكسيد كربن ، بازيابي حلال هاي پرارزش از مخلوط رقيق آنها با هوا يا گازهـاي ديگـر و جـدا سـازي مخلـوطي از هيدروكربن هاي گازي استفاده مي شود .
غالباً خشك كردن گازها از طريق جـذب سـطحي آب بـر روي سـيليكاژل ، آلـومين ، يـا سـاير جامـدات معـدني متخلخل انجام مي شود .زئوليتها يا الكل هاي معمولي كه آلـو مينوسـيليكاتهاي طبيعـي يـا مـصنوعي بـا سـاختاربسيار منظمي از حفره هاي بسيار ريزند ، به ويژه در تهيه گازهاي بـا نقـاط شـبنم كـم (c °۷۵ – ) كـارائ ي خـوبي دارند . همچنين مي توان درجذب سطحي در الكل هاي معمولي به منظور جداسازي اكـسيژن يـا نيتـروژن بـراي تهيه هيدروژن خالص براي گاز سنتز و نيز جداسازي نرمال پارافين ها از پارافين هـاي شـاخه دار و آروماتيـك هـا استفاده كرد .
استفاده از روشهاي جذب سطحي درسالهاي اخير با توجه به منظور تهيه محصول با خلوص بسيار بـالا بـه شـدت افزايش يافته است . اولين بار روش جذب سطحي سيكلي توسط خيل۱ درسـال۱۹۴۲ بـراي خـشك كـردن هـوا مورد استفاده قرار گرفت . اما تا سال۱۹۶۰ كه به وسيله اسكارستروم۲ و همچنين۱۹۶۴ بـه وسـيله Domine و Montgareuil جزئيات تكنولوژي به ثبت رسيد ، استفاده صـنعتي از ايـن روش امكـان پـذير نـشد . در سـال۱۹۶۴ اولين كارخانه توليد اكسيژن از هوا با روش جذب سطحي ايجاد ش د[ ۱ ] .
پس از آن سيستم هاي مختلف بر پايه جذب سطحي سيكلي و باروش هاي مختلف احيا جاذب ، همچـون كـاهش فشار، افزايش دما ، تخ ليه گاز و … در ابعاد صنعتي مورد استفاده قرارگرفت .
غربال هاي مولكولي ساليان متمادي به عنوان جاذب هاي قوي شناخته مي شوند، امـا تاسـال۱۹۵۴ كـه شـركت يونيون كاربيد موفق به توليد غربال هاي مولكولي مـصنوعي شـد ، اسـتفاده در مقيـاس وسـيع و صـنعتي از آنهـا امكان پذير نب ود .
غربال هاي مولكولي بر خلاف ساير جاذب هاي معمول داراي اندازه حفره هـاي يكـسان بـوده و درنتيجـه توانـايي جدا كردن اجزاء يك مخلوط بر اساس تفاوت در اندازه مولكولي وبا انتخابگري بسيار را دارند .
با توجه به ابعاد مولكولي مركاپتان ها جاذب غربال مولكولي نوعX 13 جا ذب مناسب براي جذب اين مواد اسـت . درحين فرايند جذب در بستر ، علاوه بر مركاپتان ها اجزائي همچون آب و دي اكسيد كربن نيز جذب بستر مـي
شــــوند . ترتيــــب جــــذب ايــــن مــــواد بــــستگي بــــه قــــدرت جــــذب آنهــــا در روي جــــاذب دارد [۲ ] .مهمترين كارهاي انجام شده در مورد فرايندهاي جذب سطحي سيكل ي كه به صورت مقاله منتشر شده اسـت ، در جدول (۲ -۱ ) آمده است .
جدول (۲ -۱ ) : فرايندهاي جذب سطحي سيكلي
شبيه سازي عددي فرايند PSA با استفاده از مدل نفوذ درون حفره Ruthven ۶۸۹۱
جدا سازي هوا با استفاده از PSA [۴ ] Farooq­ Ruthven ۰۹۹۱
فرايند TSA براي حذف ناخالصي ها با غلظت كم [۵ ] Golden­Kumar ۱۹۹۱
مرحله تخليه در فرايند PSA به صورت تئوري و آزمايشگاهي [ ۶ ] Kluge ۱۹۹۱
مدل سازي فرايند PSA [۷ ] Baron ۳۹۹۱
بهينه سازي سيستم PSA براي جدا سازي غلظت كم [۸ ] Hertzberg­Kvamsdal ۵۹۹۱
شبيه سازي فرايند PSA با استفاده از روش عددي اجزاء محدود [۹ ] Chou­Huang ۶۹۹۱
شبيه سازي فرايند PSA با نفوذ محدود با روش عددي تفاضل محدود [۱۰ ] Sun ۶۹۹۱
مدل سازي فرايند PSA در ابعاد بزرگ [۱۱ ] Tanczyk­ Warnmuzinski ۷۹۹۱
مدل سازي فرايند PSA با در نظر گرفتن پديده hysteresis [۱۲ ] Yang ۰۰۰۲
سينيتيك انتقال جرم در فرايند PSA [۱۳ ] Tondeur­Chahbani ۰۰۰۲
شبيه سازي فرايند PSA با مدل هاي پيچيده انتقال جرم به ذره [۱۴ ] Mendes ۱۰۰۲
اثر دماي گاز احياء بر عملكرد فرايند TSA [ ۱۵ ] Ko ۲۰۰۲
شبيه سازي و بهينه سازي فرايندهاي جذب سطحي سيكلي [۱ ] Cruz ۳۰۰۲
جذب مخلوط گاز در فرايند TSA [۱۶ ] Clausse ۴۰۰۲
فرايند TSA با گرمايش و سرمايش غير مستقيم [۱۷ ] Clausse ۵۰۰۲
شبيه سازي ديناميكي فرايند PSA با استفاده از شبكه الكتريكي [۱۸ ] Guan ۵۰۰۲
۹
جهت انتقال جرم در فرايند جذب سطحي از فاز سيال به فاز جامد اسـت و عكـس آن ، بـه فراينـد دفـع سـطحي مشهود است . جذب سطحي از قابليت بعضي از جامدات در جذب بعضي از مـواد موجـود در مخلـوط روي سـطحاستفاده مي نمايد كه به اين شكل اجزاء يك مخلوط گازي يا مايع را مي توان ازهم جدا نمود .
كاربرد عمده جذب سطحي درجداسازي مخلوط هاي گازي به چشم مي خورد . در حالت جداسازي هـاي گـازي ، از فرايند جذب در رطوبت زدايي هوا و ديگر گازها ، بوزدايي و جداسازي ناخالصي ها از گازهاي صـنعتي مثـل دي اكسيد كربن ، بازيابي حلال هاي پرارزش از مخلوط رقيق آنها باهوا يـا گازهـاي ديگـر و جـدا سـازي مخلـوطي از هيدروكربن هاي گازي استفاده مي شود . [۲۴ ] جذب سطحي از نظر فعل و انفعال كه بين جاذب و جذب شونده انجام مي گيرد بردو نوع مي باشد :
۱ – جذب فيزيكي يا جذب واندروالس۳ .
۲ – جذب شيميايي يا جذب فعال شده۴ .
۲ -۱ -۱ جذب فيزيكي يا جذب واندروالس
جذب فيزيكي يك پديده برگشت پذير۵ است كه نتيجه نيروهاي جاذبه بين مولكول هاي جامدو ماده جذب شده مي باشد . براي مثال وقتي كه نيروهاي جاذبه بين يك جامد و يك گاز بيـشتر از نيروهـاي بـين مولكولهاي گاز باشد ، گاز روي سطح جامد جمع و متراكم مي شود ، حتي اگر فشار گاز از فشار بخار آن درهمـان دما كمتر باشد . اين حالت تراكم با توليد حرارت هم راه است حرارت توليد شده كمي بيشتر از حرارت نهان تبخيـر و درحدود حرارت تصعيد گاز مي باشد . ماده جذب شده در شبكه كريستالي جامد نفوذ نمـي كنـد و در آن حـل نمي شود بلكه در سطح باقي مي ماند .
در هر حال اگر جامد داراي تخلخل و لوله هاي مويين زيادي باشد و ماده جذب شده س طح جامد را تـر كنـد ، بـهداخل اين شكاف نفوذ مي نمايد . فشار بخار تعادلي براي سطح مايع مقعـر بـا شـعاع انحنـاء كـم از سـطح صـاف ،بزرگتر است ، پس جذب سطحي به همان اندازه افزايش مي يابد . در هر حالت در تعادل فشار جزيي ماده جـذب شده برابر فاز گاز تماس يافته با آن است و با كاهش فشار گاز يا با افزايش دما ، گاز جذب شده براحتي دفـع شـده ، از سطح جدا مي شود . ( بدون تغيير شكل ) عمليات جذب سطحي كه در نظر مي گيريم بستگي به اين بازگشت پذيري به منظور بازيابي جاذب بـراي مـصرف مجدد ، بازيابي ماده جذب شده و يا تفكيك مخلوط ها دارد . جذب سطحي برگشت پذير ، به گازها محـدود نمـي شود بلكه در ما يعات نيز مشاهده شده است . [۲۵ ]
جذب شيميايي يا جذب سطحي فعال شده
جذب شيميايي يا جذب فعال شده ، نتيجه فعل و انفعال شيميايي جامد و ماده جذب شده است . قـدرت پيوند شيميايي حاصل به طور قابل توجهي در حالات مختل ف تغيير مي كند و شناسايي تركيبات شـيميايي عمـلاً مشكل است ولي نيروهاي چسبندگي معمولاً بيشتر از آن چيزي است كه در جذب فيزيكـي وجـود دارد . حـرارت آزاد شده در عمل جذب شيميايي معمولاً زياد است و در حدود حرارت يك واكنش شيميايي است .
فرايند عموماً برگشت ناپذير۶ است و با دفع و جدا سازي ماده اوليه جذب شده ، تغييـر شـيميايي در آن مـشاهده مي شود . براي يك ماده ، در دماي كم جذب فيزيكي رخ مـي دهـد و دردمـاي زيـاد جـذب شـيميايي ، و هـر دو پديده نيز ممكن است در يك زمان اتفاق بيافتند . [۲۵ ]
۲ -۱ -۳ مقايسه انواع جذب سطحي
۱ جذب فيزيكي ، پديده اي برگشت پذير است در صورتي كه جذب شيميايي برگشت پذير نمي باشد .
۲ – در جذب فيزيكي تمام سطوح جامد در عمل جذب دخالت مي كند .
۳ – گرماي جذب فيزيكي كمتر از گرماي جذب شيميايي است .
۴ – جذب فيزيكي مي تواند در دماهاي پايين ات فاق افتد زيرا انرژي فعـال سـازي جـذب فيزيكـي كـم مـي باشد .
۵ – در جذب فيزيكي مقدار ماده جذب شده معمولاً به نوع ماده بستگي دارد ولي در جـذب شـيميايي هـم به نوع ماده و هم به جاذب بستگي دارد .
۶ – در جذب فيزيكي هميشه مي توان جاذب را بازيابي كرده و مجد داً استفاده كرد . [ ۲۶ ]
در جداسازي و خالص سازي مواد ، جزء مورد نظر توسط جاذب ، جذب مي گردد و در نزديكي نقطـه اشباع ، بستر ديگر كارايي لازم را جهت جدا سازي مطلوب نخواهد داشت كه در اين مرحله بستر بايـستي توسـط روشهاي دفع سطحي احياء گردد و سپس جاذب مورد استفاده قرار گيرد .
مرحله دفع سطحي اگر تحت شرايط دفع حرارتي باشد زمان طولاني را در بر خواهـد داشـت كـه بـه علـت زمان نسبتاً طولاني انتقال حرارت و به علت هدايت حرارتي ضعيف در بستر پـر شـده مـي باشـد . ايـن مـشكل بـه وسيله بكار گرفتن دفع فشار پايين برطرف مي گردد كه آن هم به علت نفوذ حفره ايي در ذرات جاذب مي باشـد . نفوذ مؤثر در ذره به صورت معكوس با فشار عملياتي متناسب مـي باشـد . بنـابراين جداسـازي تـوده يـك مخلـوط گازي مي تواند به وسيله تكرار جذب در فشار بالاتر و دفع در فشار پايين تر صورت مـي گيـرد . اساسـاً جزئـي كـه كمتر فابل جذب باشد ، محصول مرحله جذب است ، در صورتي كه تركيب با قابليت جذب بيشتر در ستون بـاقي مي ماند و از طريق دفع سطحي قابل برگشت مي باشد [۲۷ ] .
در جذب سطحي به موادي كه در سطح نفوذ مي كنند ، جذب شونده و به موادي كه جـذب شـونده در آن تجمع پيدا مي كند ، جاذب گويند .جاذب ها داراي خاصيت جذب انتخابي هستند ، به ايـن معنـي كـه بـسته بـهساختمان و نوع جاذب ، مي توانند موادي را جذب كنند . از مهمترين جاذب هاي انتخابگر كـه امـروزه در صـنايع جداسازي و صنايع خالص سازي استفاده وسيعي دارند غربال هاي مولكولي هستند كه از نوع زئو ليـت هـاي سـنتز شده هستند . [۲۶ ]
۲ – ۲ جاذب ها
ازمهمترين جاذب هاي انتخابگر كه امروزه در صنايع جدا سـازي و صـنايع خـالص سـازي اسـتفاده وسـيعي دارند غربال هاي مولكولي مي باشند كه در ذيل به توصيف و تقسيم بندي آنها خواهيم پرداخت :
۲ – ۲ – ۱ غربال هاي مولكولي زئوليتي۷
اين جاذ ب ها كريستال هاي متخلخل آلومينيوسيليكاتي هستند كه ساختمان مولكولي آنهارا مجموعه اي از چهار وجهي هاي AlO4 و ۴ SiO تشكيل مي دهد كه با ترتيـب منطقـي بـا شـركت اتـم هـاي اكسيژن به هم متصل شده اند . اتصال اين اجزاء به اين نحو، يك شبكه حفره اي را به وجود آورده است كه انـدازه اين حفرات در حد ابعاد مولكولي است .
از آنجائيكه حفره ها با تشكيل شبكه كريستالي ، ساختار منظم به وجود مي آورند ، ابعـاد حفـرات يكـسان ويكنواخت بوده و زئوليت ها منحني توزيع اندازه حفرات ندارند به عبارت ديگر تخلخـل در آنهـا يكنواخـت اسـت . در ساخ تمان زئوليت ها در دهانه حفرات تعدادي كاتيون از انواع كاتيون هاي قليايي خاكي كمياب وجود دارد كـه برروي خواص جذب زئوليت مؤثر است .

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان