مقدمه
بر طبق استانداردهای بین المللی ونیز استاندارد شرکت ملی نفت ایـران ، میـزان م جـاز ناخالـصی هـا در گازهـای تصفیه شده معین گردیده و طبق استاندارد ASTM درگازهای تصفیه شـده حـداکثر گـوگرد مجـا ز³mg/Nm۹ /۲۲ و حدا کثر مرکاپتان مجا ز³mg/Nm۵ /۱۱ است . در بیشتر منابع گازی مقادیر این ناخالصی ها بیـشتر بـوده و ضرورت دارد توسط فرایند های مناسب به مقدار م جاز خود کاهش یابد
گوگرد می تواند به صورت گوگرد عنصری ویا عمدتاً به صورت هیدروژن سولفید و سولفید کربنیـل و دی سـولفید کربن و مرکاپتان ( RSH ) . تیوفن و یاسایر ترکیبات گوگرد باشد .
این ناخالصی های گوگردی نه تنها باعث ایجاد بوی بد در گاز می شـوند بلکـه در هنگـام احتـراق اکـسید شـده و ایجاد آلودگی زیست محیطی می نماید . با وجود آنکه مساحت و جمعیت کشور ایـران در حـدود یـک صـدم کـل مساحت و جمعیت جهان است ، ذخیره سازی گازی گسترده در اعماق آن بین۱۴ تـا۲۰ درصـد از کـل ذخیـره موجود گاز در کره زمین را تشکیل می دهد . ایران با دارا بو دن بیش از۲۱ تریلیون متر مکعب ذخایر گاز طبیعـی شناخته شده یکی از غنی ترین کشورهای جهان از نظر ذخایر گاز طبیعی است . بابرخورداری ازچنین ذخیـره ای ، گاز به عنوان سوخت و انرژی می تواند در صدر منابع مورد استفاده قرار گیرد تا پاسخگوی رشد روز افزون مـصرف انرژی و هم چنین به عنوان منبعی برای درآمدهای حاصل از صادرات تلقی گردد . افزایش میزان مصرف گاز بـالاتر از۸ % در سال در بعضی نواحی پیش بینی می گردد . گاز آن طور که در طبیعت موجود است کمتر مورد اسـتفاده قرار می گیرد، زیرا گازی که از منابع زیر زمینی حاصل می شود دارای مقادیر متفاوتی از ناخالـصی هـا اسـت کـه عمدتاً شامل هیدروژن سولفید و دی اکسید کربن و مرکاپتان ها می باشد . وجود این ناخالـصی هـا در گـاز باعـث اشکالات فراوانی می گردد، به عنوان مثال هیدروژن سولفید حتی نسبت به لوله هایی از جـنس فـولاد ضـد زنـگ نیز خورنده بوده وهنگام سوختن تولی د گازسمی و خورنده دی اکسید گوگرد می نماید .ازطرفـی ناخالـصی هـا بـه عنوان مسموم کننده کاتالیست ها محسوب می 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

چکیده ………………………….. ………………….. …………………………. ………………………….. ……………۱
مقدمه ………………………….. ………………………….. ………………………………………………. ………….۲

فصل اول : کلیات…………………………………………………………………………………..۳

۱ -۱ ) هدف ………………………….. ………………………….. ………. …………………………………………..4
۱ -۲ ) پیشینه تحقیق ………………………….. ……………………….. ………………………….. ………………..۴
۱ -۳ ) روش کار وتحقیق ………………………….. …………………. …………………………………………………۴

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

۲ -۱ ) جذب سطحی ………………………….. ………………………….. ……………………………………………7
۲ -۲ ) جاذب ها …………………………………………………. ………………………….. ………………………..۱۳
۲ -۳ ) فرایندهای جذب سطحی ………………………….. ……………………………….. ………………………….۲۲
۲ -۴ ) روش های خالص سازی گاز طبیعی …………………………………… ………………………….. …………۳۳
۲ -۵ ) روش های جدا سازی مرکاپتانها از گاز طبیعی …………………………………………… ……………………۳۷
۲ -۶ ) شمای کلی واحد فرایند گاز ………………………….. ………………………………… ……………………..۴۵
۲ -۷ ) گوگرد و ترکیبات آن …………………………. ………………………….. ………………………….. …………۴۷

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

۳ -۱ ) مدل سازی جذب سطحی در بستر ساکن ………………………….. ………… ………………………….. .۵۲
۳ -۲ ) م دل های تعادلی جذب سطحی ………………………….. …………………………………. ………………۵۶
۳ -۳ ) محاسبه ضریب پراکندگی محوری ………………………………… ………………………….. ……………۶۸
۳ -۴ ) محاسبات سیکلی ………………………….. …………………….. ………………………….. …………… ۷۰

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

۷۲ ۴ -۱ ) استخراج معادلات …………………. ………………………….. ………………………….. …………..۷۳
۴ -۲ ) روابط وپارامترهای مورد نیاز معادلات موازنه جرم ………………………………………….. ………………۷۵
۴ -۳ ) شرایط مرزی و اولیه و محاسبات سیکلی ………………………….. ………………………….. …………….۸۳
۴ -۴ ) شکل عددی معادلات ………………………….. ………………………… ………………………….. …….۸۴
۴ -۵ ) روند حل معادلات در حالت همدما …………………………………… ………………………….. ………… ۸۷

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

نتیجه گیری ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………..۹۲

پیشنهادات ………………………….. …………………………… …………………….. …………………………..۱۰۰

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

چکیده انگلیسی ………………………….. ………………………….. …………………………. ……………………۱۰۹

فهرست جدولها

۲ – ۱ : فرآیند جذب سطحی سیکلی ………………………….. ……………………………………… …………………۹
۲ -۲ : مقایسه فرایندهای مختلف جذب سطحی ………………………….. ……………………………………………..۳۲
۳ -۱ : مقایسه پارامترهای محاسبه شده برای پروپان در زئولیت بر اساس مدل لانگمیر با مقدار های بدست آمده از آنالیز دقیق ………………………….. ………………………….. ………………………………………………………………………..۶۳
۳ -۲ : مقادیر تجربی ضرایب معادله (۳ -۳۶ ) برای محاسبه ضریب پر اکندگی محوری……………………………….۷۰
۴ -۱ : معادله حالت SRK ….ا………………………………………. ………………………….. ………………………. …..۷۶
۴ -۲ : ثوابت ترمودینامیکی اجزاء موجود در سیستم ……………………………………………… …………………….۷۷
۴ -۳ : مقادیر ثوابت آیزوترم های وابسته به دمای معادله لانگمیر …………………………………………………….. ..۷۸
۴ -۴ : پارامترهای معادله۴ -۱۶ ………………………….. ……………………………….. ……………………………۸۳
۴ -۵ : شرایط مرزی و اولیه ………………………….. ………………………………. ………………………………. ..۸۵
۴ -۶ : مشخصات خوراک ورودی واحد ………………………….. …………………………………….. ……………….۸۹
۴ -۷ : مقادیر پارامترهای حل عددی معادلات ………………………….. ………………………………………….. …۸۹
۴ -۸ : پارامترهای سیستم مورد بررسی در این مطالعه ……………………………………………….. ……………..۹۰
فهرست نمودارها
۵ – ۱ : تغییرات غلظت مرکاپتان در طول برج در زمانهای مختلف مرحله جذب سطحی ………………………………..۹۳
۵ – ۲ : تغییرات غلظت آب درطول برج در زمانهای مختلف مرحله جذب سطحی ……………………………. ……….۹۳
۵ – ۳ : تغییرات زمانی غلظت مرکاپتان در دو نقطه برج ………………………………………. ……………………….۹۴
۵ – ۴ : تغییرات زمانی غلظت آب در دو نقطه برج ………………………….. …… ………………………….. …….۹۴
۵ – ۵ : تاثیر دمای خوراک بر غلظت محلول …………………………….. ………………………….. ………………۹۵
۵ – ۶ : ت اثیر شدت جریان خوراک بر زمان جذب سطحی ………………………….. …………. ………………….۹۷
۵ – ۷ : تاثیر غلظت مرکاپتان و آب در خوراک بر طول بستر ………………………………………… ……………….۹۸
فهرست شکل ها
-۱ : ساختمان شبکه ای زئولیت ها ………………………….. ………………………………………. ……………….۱۵
۲ -۲ : ساختمان شبکه ای انواع زئولیت ها ……………………………………… …………………………… ………۱۶
۲ -۳ : شکل شماتیک ارائه شده زئولیت mordenite ……….ا……………………………………… …………………۱۷
۲ -۴ : ساختمان کانال زئولیت ها ………………………….. ………………………………… ………………………..۱۷
۲ -۵ : تجهیزات اولیه برای تماس یک مایع با یک جذب تک بچ ……………………………………………………… ….۲۳
۲ -۶ : تجهیزات اولیه برای تماس یک مایع با یک جذب دو بچ ………………………………………………….. ……..۲۴
۲ -۷ : تماس مختلف الجهت سه مرحله ای ………………………….. ………………………………………. ………۲۵
۲ -۸ : روند حرکت منطقه انتقال جرم در طول یک بستر جذب ساکن ………………………………………………….۲۶
۲ -۹ : تاثیر پارامترهای تعادلی بر روی تعادل جذب سطحی …………………………………………….. …………..۲۸
۲ -۱۰ : شکل شماتیک جذب کننده بستر سیالی ………………………….. ………………………………………….۳۱
۲ -۱۱ : شکل شماتیک یک جذب کننده بستر چرخشی ………………………….. ……………………………………۳۱
۲ -۱۲ : شکل شماتیک فرآیند جذب توسط . حلال ………………………………………….. …………………………۳۳
۲ -۱۳ : تراوش گاز ………………………….. ……………………. ………………………….. ……………………….۳۵
۲ -۱۴ : واحدهای تراوش گاز ………………………….. ………………………….. ……………………………….. ..۳۶
۲ -۱۵ : شمای کلی فرآیند مراکس ………………………….. …………………………………. ……………………۴۱
۲ -۱۶ : فرآیند مرکاپتان زدایی گاز با روش غربال مولکولی ……………………………………………. ……………..۴۴
۳ -۱ : طبقه بندی Brunauer برای آیزوترم ………………………….. ……………………………………… ………..۵۷
۳ -۲ : نتایج به دست آمده برای پروپان ………………………….. …………………………………… ……………….۶۲
۳ -۳ : بررسی صحت رابطه لویس ………………………….. …………………………….. …………………………..۶۵
۴ -۱ : المان در نظر گرفته در موازنه ………………………….. ……………………………………. …………………۷۳
۴ -۲ : آیزوترم های جذب سطحی مرکاپتان در دماهای مختلف ………………………………………………….. ….۷۸
۴ – ۳ : آیزوترم های جذب سطحی آب در دماهای مختلف …………………………………………….. …………….۷۹

فصل اول
۱ -۱ هدف :
در این رساله ، هدف ارائه مدلی است که ضمن سادگی با مدلهایی که قـبلاً بـرای سیـستم هـای جـذب سـطحی سیکلی ارائه شده است ، قابل تطابق باشد بنابراین با بررسی مدل های مختلفی که برای چنین سیستم هایی ارائـه شده است و با در نظر گرفتن شرایط سیستم مورد بررسی فرضیات مناسـب مـدل سـازی انتخـاب شـده و شـبیه سازی بر اساس آن انجام گرفته و در نهایت پروفایل غلظت ها در طول برج در مرحله جذب سـطحی در زمانهـای مختلف رسم شده است .
۱ -۲ ) پیشینه تحقیق
در سال۱۹۸۶ توسط Ruthven شبیه سازی عددی فرایند PSA با استفاده از مدل نفوذ درون حفـره و در سـال۱۹۹۰ توسـط Farooq­ Ruthven جـدا سـازی هـوا بـا اسـتفاده از PSA [ ۴ ] . در سـال۱۹۹۱ Golden­Kumar فرا یند TSA بـرای حـذف ناخالـصی هـا بـا غلظـت کـم [۵ ] – درسـال۱۹۹۱ توسـط Kluge مرحله تخلیه در فرایند PSA به صورت تئوری و آزمایشگاهی [ ۶ ] – در سـال۱۹۹۳ توسـط Baron مدل سازی فرایند PSA [ ۷ ] – در سال۱۹۹۵ توسط Hertzberg­Kvamsdal بهینـه سـازی سیـستم PSA برای جدا سازی غلظت کم [۸ ] – در سال۱۹۹۶ توسط Chou­Huang شبیه سازی فراینـد PSA بـا استفاده از روش عددی اجزاء محدود [ ۹ ] – در سال۱۹۹۶ توسط Sun شـبیه سـازی فراینـد PSA بـا نفـوذ محدود بـا روش عـددی تفاضـل محـدود [۱۰ ] – در سـال۱۹۹۷ توسـط Tanczyk­Warnmuzinski مـدل سازی فرایند PSA در ابعاد بزرگ [ ۱۱ ] – در سال۲۰۰۰ توسـط Yang مـدل سـازی فراینـد PSA بـا در نظر گرفتن پدیـده hysteresis [ ۱۲ ] . در سـال۲۰۰۰ توسـط Tondeur­Chahbani سـینیتیک انتقـال جرم در فرایند PSA [ ۱۳ ] – در سال۲۰۰۱ Mendes شبیه سازی فرایند PSA بـا مـدل ه ـای پیچیـده انتقال جرم به ذره [۱۴ ] – در سال۲۰۰۲ توسط Ko اثر دمای گاز احیاء بر عملکـرد فراینـد TSA [ ۱۵ ] – در
۴
سال۲۰۰۳ توسط Cruz شبیه سازی و بهینـه سـازی فراینـدهای جـذب سـطحی سـیکلی [ ۱ ] – در سـال۲۰۰۴ توسـط Clausse جـذب مخلـوط گـاز در فراینـد TSA [ ۱۶ ] – در سـا ل۲۰۰۵ توسـط Clausse فرایند TSA با گرمـایش و سـرمایش غیـر مـستقیم [ ۱۷ ] -۲۰۰۵ توسـط Guan شـبیه سـازی دینـامیکی فرایند PSA با استفاده از شبکه الکتریکی [۱۸ ]
۱ -۳ ) روش کار وتحقیق
از آنجایی که اساس روش غربال مولکولی جذب س طحی است ، به همـین دلیـل در فـصل دو م بـ ه بیـان مفـاهیم اصلی جذب سطحی و فرایندهای مختلف جذب سطحی پرداخته شده و انواع فرایندهای جـذب سـطحی سـیکلی ارائه شده است .
وچون واحد مرکاپتان زدایی یکی از واحدهای فرایند گاز است به طور خلاصه شمایی کلـی از فراینـدهایی کـه در پالایشگاه گاز انجام می شود ارائه شده است .
پس از آن به روش های خالص سازی گاز پرداخته شـده و روشـهایی کـه بـرای حـذف مرکاپتانهـا از جریـان گـاز استفاده می شود ارائه شده است .
فصل سوم به بررسی نحوه مدل سازی فرایندهای جذب سطحی سیکلی اختصاص داده شـده اسـت و معـادلات و روشهای مختلفی که برای مدل سازی و محاسبه پارامترهای مدل وجـود دارد بیـان شـده و فـصل چهـارم مـدل تشریح کننده این واحد در حالت همدما استخراج شده است .
و درنهایت درفصل پنجم نتیجه گیری از مجموعه مباحث مطرح شده در این رسـاله و پیـشنهادهایی جهـت ادامـه کار ارائه گردیده 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 سطحی وانواع جاذبها

۲ -۱ جذب سطحی
جذب سطحی یک فرایند جدا سازی است که در آن برخی از اجزاء فاز سیال به سطح یک جـاذب سـطحی جامـد انتقال می شوند . معمولاً ذرات ریز جاذب در بستر ثابتی نگاه داشته می شوند و سیال به صورت پیوسـته از میـان بستر عبور داده می شود تا جامد تقریباً سیر شود دیگر نتوان به جدا سازی مورد نظر دست یافـت سـپس جریـان به بستر دوم هدایت می شود تا بتوان جاذب سیر شده را جایگزین یا احیاء کرد ، تبادل یون فرآیند دیگـری اسـت که معمولاً به این صورت نیمه پیوسته در یک بستر ثابت انجام می شود .
آبی که قرار است نرم یا یون زدائی شود از روی دانه های رزین تبادل یون که در یک سـتون قراردارنـد عبـور داده می شود تا زمانی که رزین تقریباً سیر شود . حذف مقدار بسیار کم ناخالصیها به کمک واکنش با مواد جامـد را نیـز می توان در بسترهای ثابت انجام داد . ح ذف هیدروژن سـولفید از گـاز سـنتز بـه کمـک حبـه هـای Zno مثـال معروفی از این دست است . در تمامی این فرایندها چگونگی عملکرد به تعادل جامد – سیال و سرعت انتقـال جـرم بستگی دارد .
کاربرد عمده جذب سطحی در جدا سازی مخلوطهای گازی به چشم می خورد . درحالت جداسازی هـای گـازی از فرایند جذب در رطوبت زدایی هوا و دیگر گازها ، بو زدایی و جدا سازی ناخالصی ها از گازهای صـنعتی مثـل دی اکسید کربن ، بازیابی حلال های پرارزش از مخلوط رقیق آنها با هوا یا گازهـای دیگـر و جـدا سـازی مخلـوطی از هیدروکربن های گازی استفاده می شود .
غالباً خشک کردن گازها از طریق جـذب سـطحی آب بـر روی سـیلیکاژل ، آلـومین ، یـا سـایر جامـدات معـدنی متخلخل انجام می شود .زئولیتها یا الکل های معمولی که آلـو مینوسـیلیکاتهای طبیعـی یـا مـصنوعی بـا سـاختاربسیار منظمی از حفره های بسیار ریزند ، به ویژه در تهیه گازهای بـا نقـاط شـبنم کـم (c °۷۵ – ) کـارائ ی خـوبی دارند . همچنین می توان درجذب سطحی در الکل های معمولی به منظور جداسازی اکـسیژن یـا نیتـروژن بـرای تهیه هیدروژن خالص برای گاز سنتز و نیز جداسازی نرمال پارافین ها از پارافین هـای شـاخه دار و آروماتیـک هـا استفاده کرد .
استفاده از روشهای جذب سطحی درسالهای اخیر با توجه به منظور تهیه محصول با خلوص بسیار بـالا بـه شـدت افزایش یافته است . اولین بار روش جذب سطحی سیکلی توسط خیل۱ درسـال۱۹۴۲ بـرای خـشک کـردن هـوا مورد استفاده قرار گرفت . اما تا سال۱۹۶۰ که به وسیله اسکارستروم۲ و همچنین۱۹۶۴ بـه وسـیله Domine و Montgareuil جزئیات تکنولوژی به ثبت رسید ، استفاده صـنعتی از ایـن روش امکـان پـذیر نـشد . در سـال۱۹۶۴ اولین کارخانه تولید اکسیژن از هوا با روش جذب سطحی ایجاد ش د[ ۱ ] .
پس از آن سیستم های مختلف بر پایه جذب سطحی سیکلی و باروش های مختلف احیا جاذب ، همچـون کـاهش فشار، افزایش دما ، تخ لیه گاز و … در ابعاد صنعتی مورد استفاده قرارگرفت .
غربال های مولکولی سالیان متمادی به عنوان جاذب های قوی شناخته می شوند، امـا تاسـال۱۹۵۴ کـه شـرکت یونیون کاربید موفق به تولید غربال های مولکولی مـصنوعی شـد ، اسـتفاده در مقیـاس وسـیع و صـنعتی از آنهـا امکان پذیر نب ود .
غربال های مولکولی بر خلاف سایر جاذب های معمول دارای اندازه حفره هـای یکـسان بـوده و درنتیجـه توانـایی جدا کردن اجزاء یک مخلوط بر اساس تفاوت در اندازه مولکولی وبا انتخابگری بسیار را دارند .
با توجه به ابعاد مولکولی مرکاپتان ها جاذب غربال مولکولی نوعX 13 جا ذب مناسب برای جذب این مواد اسـت . درحین فرایند جذب در بستر ، علاوه بر مرکاپتان ها اجزائی همچون آب و دی اکسید کربن نیز جذب بستر مـی
شــــوند . ترتیــــب جــــذب ایــــن مــــواد بــــستگی بــــه قــــدرت جــــذب آنهــــا در روی جــــاذب دارد [۲ ] .مهمترین کارهای انجام شده در مورد فرایندهای جذب سطحی سیکل ی که به صورت مقاله منتشر شده اسـت ، در جدول (۲ -۱ ) آمده است .
جدول (۲ -۱ ) : فرایندهای جذب سطحی سیکلی
شبیه سازی عددی فرایند PSA با استفاده از مدل نفوذ درون حفره Ruthven ۶۸۹۱
جدا سازی هوا با استفاده از PSA [۴ ] Farooq­ Ruthven ۰۹۹۱
فرایند TSA برای حذف ناخالصی ها با غلظت کم [۵ ] Golden­Kumar ۱۹۹۱
مرحله تخلیه در فرایند PSA به صورت تئوری و آزمایشگاهی [ ۶ ] Kluge ۱۹۹۱
مدل سازی فرایند PSA [۷ ] Baron ۳۹۹۱
بهینه سازی سیستم PSA برای جدا سازی غلظت کم [۸ ] Hertzberg­Kvamsdal ۵۹۹۱
شبیه سازی فرایند PSA با استفاده از روش عددی اجزاء محدود [۹ ] Chou­Huang ۶۹۹۱
شبیه سازی فرایند PSA با نفوذ محدود با روش عددی تفاضل محدود [۱۰ ] Sun ۶۹۹۱
مدل سازی فرایند PSA در ابعاد بزرگ [۱۱ ] Tanczyk­ Warnmuzinski ۷۹۹۱
مدل سازی فرایند PSA با در نظر گرفتن پدیده hysteresis [۱۲ ] Yang ۰۰۰۲
سینیتیک انتقال جرم در فرایند PSA [۱۳ ] Tondeur­Chahbani ۰۰۰۲
شبیه سازی فرایند PSA با مدل های پیچیده انتقال جرم به ذره [۱۴ ] Mendes ۱۰۰۲
اثر دمای گاز احیاء بر عملکرد فرایند TSA [ ۱۵ ] Ko ۲۰۰۲
شبیه سازی و بهینه سازی فرایندهای جذب سطحی سیکلی [۱ ] Cruz ۳۰۰۲
جذب مخلوط گاز در فرایند TSA [۱۶ ] Clausse ۴۰۰۲
فرایند TSA با گرمایش و سرمایش غیر مستقیم [۱۷ ] Clausse ۵۰۰۲
شبیه سازی دینامیکی فرایند PSA با استفاده از شبکه الکتریکی [۱۸ ] Guan ۵۰۰۲
۹
جهت انتقال جرم در فرایند جذب سطحی از فاز سیال به فاز جامد اسـت و عکـس آن ، بـه فراینـد دفـع سـطحی مشهود است . جذب سطحی از قابلیت بعضی از جامدات در جذب بعضی از مـواد موجـود در مخلـوط روی سـطحاستفاده می نماید که به این شکل اجزاء یک مخلوط گازی یا مایع را می توان ازهم جدا نمود .
کاربرد عمده جذب سطحی درجداسازی مخلوط های گازی به چشم می خورد . در حالت جداسازی هـای گـازی ، از فرایند جذب در رطوبت زدایی هوا و دیگر گازها ، بوزدایی و جداسازی ناخالصی ها از گازهای صـنعتی مثـل دی اکسید کربن ، بازیابی حلال های پرارزش از مخلوط رقیق آنها باهوا یـا گازهـای دیگـر و جـدا سـازی مخلـوطی از هیدروکربن های گازی استفاده می شود . [۲۴ ] جذب سطحی از نظر فعل و انفعال که بین جاذب و جذب شونده انجام می گیرد بردو نوع می باشد :
۱ – جذب فیزیکی یا جذب واندروالس۳ .
۲ – جذب شیمیایی یا جذب فعال شده۴ .
۲ -۱ -۱ جذب فیزیکی یا جذب واندروالس
جذب فیزیکی یک پدیده برگشت پذیر۵ است که نتیجه نیروهای جاذبه بین مولکول های جامدو ماده جذب شده می باشد . برای مثال وقتی که نیروهای جاذبه بین یک جامد و یک گاز بیـشتر از نیروهـای بـین مولکولهای گاز باشد ، گاز روی سطح جامد جمع و متراکم می شود ، حتی اگر فشار گاز از فشار بخار آن درهمـان دما کمتر باشد . این حالت تراکم با تولید حرارت هم راه است حرارت تولید شده کمی بیشتر از حرارت نهان تبخیـر و درحدود حرارت تصعید گاز می باشد . ماده جذب شده در شبکه کریستالی جامد نفوذ نمـی کنـد و در آن حـل نمی شود بلکه در سطح باقی می ماند .
در هر حال اگر جامد دارای تخلخل و لوله های مویین زیادی باشد و ماده جذب شده س طح جامد را تـر کنـد ، بـهداخل این شکاف نفوذ می نماید . فشار بخار تعادلی برای سطح مایع مقعـر بـا شـعاع انحنـاء کـم از سـطح صـاف ،بزرگتر است ، پس جذب سطحی به همان اندازه افزایش می یابد . در هر حالت در تعادل فشار جزیی ماده جـذب شده برابر فاز گاز تماس یافته با آن است و با کاهش فشار گاز یا با افزایش دما ، گاز جذب شده براحتی دفـع شـده ، از سطح جدا می شود . ( بدون تغییر شکل ) عملیات جذب سطحی که در نظر می گیریم بستگی به این بازگشت پذیری به منظور بازیابی جاذب بـرای مـصرف مجدد ، بازیابی ماده جذب شده و یا تفکیک مخلوط ها دارد . جذب سطحی برگشت پذیر ، به گازها محـدود نمـی شود بلکه در ما یعات نیز مشاهده شده است . [۲۵ ]
جذب شیمیایی یا جذب سطحی فعال شده
جذب شیمیایی یا جذب فعال شده ، نتیجه فعل و انفعال شیمیایی جامد و ماده جذب شده است . قـدرت پیوند شیمیایی حاصل به طور قابل توجهی در حالات مختل ف تغییر می کند و شناسایی ترکیبات شـیمیایی عمـلاً مشکل است ولی نیروهای چسبندگی معمولاً بیشتر از آن چیزی است که در جذب فیزیکـی وجـود دارد . حـرارت آزاد شده در عمل جذب شیمیایی معمولاً زیاد است و در حدود حرارت یک واکنش شیمیایی است .
فرایند عموماً برگشت ناپذیر۶ است و با دفع و جدا سازی ماده اولیه جذب شده ، تغییـر شـیمیایی در آن مـشاهده می شود . برای یک ماده ، در دمای کم جذب فیزیکی رخ مـی دهـد و دردمـای زیـاد جـذب شـیمیایی ، و هـر دو پدیده نیز ممکن است در یک زمان اتفاق بیافتند . [۲۵ ]
۲ -۱ -۳ مقایسه انواع جذب سطحی
۱ جذب فیزیکی ، پدیده ای برگشت پذیر است در صورتی که جذب شیمیایی برگشت پذیر نمی باشد .
۲ – در جذب فیزیکی تمام سطوح جامد در عمل جذب دخالت می کند .
۳ – گرمای جذب فیزیکی کمتر از گرمای جذب شیمیایی است .
۴ – جذب فیزیکی می تواند در دماهای پایین ات فاق افتد زیرا انرژی فعـال سـازی جـذب فیزیکـی کـم مـی باشد .
۵ – در جذب فیزیکی مقدار ماده جذب شده معمولاً به نوع ماده بستگی دارد ولی در جـذب شـیمیایی هـم به نوع ماده و هم به جاذب بستگی دارد .
۶ – در جذب فیزیکی همیشه می توان جاذب را بازیابی کرده و مجد داً استفاده کرد . [ ۲۶ ]
در جداسازی و خالص سازی مواد ، جزء مورد نظر توسط جاذب ، جذب می گردد و در نزدیکی نقطـه اشباع ، بستر دیگر کارایی لازم را جهت جدا سازی مطلوب نخواهد داشت که در این مرحله بستر بایـستی توسـط روشهای دفع سطحی احیاء گردد و سپس جاذب مورد استفاده قرار گیرد .
مرحله دفع سطحی اگر تحت شرایط دفع حرارتی باشد زمان طولانی را در بر خواهـد داشـت کـه بـه علـت زمان نسبتاً طولانی انتقال حرارت و به علت هدایت حرارتی ضعیف در بستر پـر شـده مـی باشـد . ایـن مـشکل بـه وسیله بکار گرفتن دفع فشار پایین برطرف می گردد که آن هم به علت نفوذ حفره ایی در ذرات جاذب می باشـد . نفوذ مؤثر در ذره به صورت معکوس با فشار عملیاتی متناسب مـی باشـد . بنـابراین جداسـازی تـوده یـک مخلـوط گازی می تواند به وسیله تکرار جذب در فشار بالاتر و دفع در فشار پایین تر صورت مـی گیـرد . اساسـاً جزئـی کـه کمتر فابل جذب باشد ، محصول مرحله جذب است ، در صورتی که ترکیب با قابلیت جذب بیشتر در ستون بـاقی می ماند و از طریق دفع سطحی قابل برگشت می باشد [۲۷ ] .
در جذب سطحی به موادی که در سطح نفوذ می کنند ، جذب شونده و به موادی که جـذب شـونده در آن تجمع پیدا می کند ، جاذب گویند .جاذب ها دارای خاصیت جذب انتخابی هستند ، به ایـن معنـی کـه بـسته بـهساختمان و نوع جاذب ، می توانند موادی را جذب کنند . از مهمترین جاذب های انتخابگر کـه امـروزه در صـنایع جداسازی و صنایع خالص سازی استفاده وسیعی دارند غربال های مولکولی هستند که از نوع زئو لیـت هـای سـنتز شده هستند . [۲۶ ]
۲ – ۲ جاذب ها
ازمهمترین جاذب های انتخابگر که امروزه در صنایع جدا سـازی و صـنایع خـالص سـازی اسـتفاده وسـیعی دارند غربال های مولکولی می باشند که در ذیل به توصیف و تقسیم بندی آنها خواهیم پرداخت :
۲ – ۲ – ۱ غربال های مولکولی زئولیتی۷
این جاذ ب ها کریستال های متخلخل آلومینیوسیلیکاتی هستند که ساختمان مولکولی آنهارا مجموعه ای از چهار وجهی های AlO4 و ۴ SiO تشکیل می دهد که با ترتیـب منطقـی بـا شـرکت اتـم هـای اکسیژن به هم متصل شده اند . اتصال این اجزاء به این نحو، یک شبکه حفره ای را به وجود آورده است که انـدازه این حفرات در حد ابعاد مولکولی است .
از آنجائیکه حفره ها با تشکیل شبکه کریستالی ، ساختار منظم به وجود می آورند ، ابعـاد حفـرات یکـسان ویکنواخت بوده و زئولیت ها منحنی توزیع اندازه حفرات ندارند به عبارت دیگر تخلخـل در آنهـا یکنواخـت اسـت . در ساخ تمان زئولیت ها در دهانه حفرات تعدادی کاتیون از انواع کاتیون های قلیایی خاکی کمیاب وجود دارد کـه برروی خواص جذب زئولیت مؤثر است .

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان