| جذب سطحی با تناوب فشار (Pressure Swing Adsorption – PSA) در جداسازی نیتروژن | |
| تعداد صفحات | ۳۱ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۷۹۰ kb |
جذب سطحی با تناوب فشار (Pressure Swing Adsorption – PSA) در جداسازی نیتروژن
در این قسمت پروژه با موضوع جذب سطحی با تناوب فشار (Pressure Swing Adsorption – PSA) در جداسازی نیتروژن به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.
قسمتی از متن پروژه در زیر نشان داده شده است.
۱- مقدمه
از دیدگاه اقتصادی به دلیل سادگی و اثر بخشی، تقطیر روش غالبی است که مهندسان شیمی از آن در جداسازی های حجیم استفاده می کنند. با این وجود سهولت و هزینه های تقطیر وابسته به طبیعت شیمیایی و به طور کلی فراریت نسبی اجزای مخلوط است. زمانی که فراریت کم است، بازده گرمایی از نسبت انرژی آزاد مخلوط به بار حرارتی جوشاننده در جریان برگشتی مینیمم بدست می آید. بنابراین تقطیر شیمیایی با فراریت کم ممکن است نیازمند مراحل زیاد و انرژی ورودی گران قیمت باشد که هر دوی اینها هزینه ی فرآیند را افزایش می دهند. زمانی که تقطیر بسیار مشکل یا گران است مهندسان شیمی اغلب از روش های دیگری استفاده می کنند که مقرون به صرفه تر است. مانند جذب سطحی و جداسازی به کمک غشا و غیره.
جذب سطحی می تواند به صورت جز به جز کردن انتخابی اجزای فاز گاز یا مایع بر روی سطح جامد سوبسترا تعریف شود. این فرآیند معمولا با بستر ثابت انجام می شود اما فرآیندهای بستر متحرک نیز وجود دارد [۱]. در فرآیند جذب سطحی انتخاب روش احیا برای هر سیستم بستگی به فاکتورهای اقتصادی و مشخصات تکنیکی مورد نظر دارد. اصطلاح تناوب فشار از روش احیا بسترها که همراه با کاهش و تناوب فشار است، گرفته شده است [۴]. فرآیندهای جذب سطحی با تناوب فشار بر این حقیقت استوارند که گازها تمایل دارند تحت فشار به سطوح جامد بچسبند و یا به عبارتی جذب سطحی شوند. هر چه فشار افزایش یابد، گاز بیشتری جذب و وقتی فشار کاهش می یابد، گاز آزاد شده یا دفع می گردد. فرآیند PSA می تواند برای جداسازی یک
مخلوط گازی به کار رود چراکه اجزای یک مخوط گازی با قدرت متفاوتی به سطوح جامد مختلف می چسبند. برای مثال اگر یک مخلوط گازی مانند هوا، از یک بستر جاذب، تحت فشاری عبور کند که اکسیژن را نسبت به نیتروژن با قدرت بیشتری جذب کند، آنگاه بخش عمده ی اکسیژن در بستر مانده و گاز خروجی از بستر غنی از نیتروژن است. زمانی که بستر تا سر حد ظرفیت خود در جذب اکسیژن پیش رفت، می تواند به کمک کاهش فشار بازیابی شود. به این وسیله اکسیژن جذب شده، آزاد و بستر برای چرخه ی بعد محیا می شود [۲].
جذب سطحی با تناوب فشار فرآیند جدیدی نیست و مانند بیشتر اختراعات موفق به همراه اصول و قواعد قابل درکش پدیدار شده است. فرآیندهای PSA از بیشتر فرآیندهای جداسازی مناسب، پیچیدگی بیشتری ندارند اما در یک ویژگی اساسی با آنها متفاوتند و آن این است که این فرآیندها تحت شرایط ناپایا (گذرا) عمل می کنند در حالی که بیشتر فرآیندها مانند جذب، استخراج و تقطیر، تحت شرایط پایا کار می کنند [۳]. مهمترین پارامتر عملیاتی در این سیستم فشار است و بیشتر واحدهای صنعتی در دمای محیط یا نزدیک به دمای محیط عمل می کنند [۲].
گفتنی است که واحدهای PSA تنها در مقیاس کوچک، اقتصادی هستند. مثلا برای تولید اکسیژن و نیتروژن در مقیاس بزرگ ( صد تن در روز و بیشتر) از لحاظ اقتصادی رقابت PSA با تقطیر برودتی مشکل است. با این وجود، این کار در مقیاس کوچک انجام می شود. مثلا واحدهای اکسیژن خانگی برای بیماران آسمی و واحدهای نیتروژن برای پاکسازی مخازن سوخت هواپیماهای جنگی و یا برای پاکسازی فضاهایی مانند درون کامیون ها، واگنها و انبارها برای طولانی تر کردن عمر مفید میوه و سبزیجات. برای چنین کاربردهایی قدرت و قابل حمل بودن سیستم PSA مزیت های دیگری هستند که باعث تقویت تورهای اقتصادی می شود. در این کاربردها رقابت اصلی با سیستم غشایی در مقیاس کوچک است که بسیاری از مزیت های فرآیند PSA را دارد [۳].
افزایش تقاضای هیدروژن برای تصفیهی نفت خام و فرآیندهای پتروشیمی، هیدروژناسیون و هیدرو کراکینگ، سنتزهای آمونیاک و متانول، شیشه سازی و صنایع کاغذی محرکهای بسیار قوی برای توسعه ی فرآیند PSA بوده اند. امروزه این سیستم در حوزه ی وسیعی از فرآیندها مانند خشک کردن هوا، تخلیص گازهای طبیعی و انواع گازهای صنعتی، جداسازی هیدروژن از مخلوط های هیدروکربنی، جداسازی اجزای هوا، جداسازی پارافین های نرمال از ایزو پارافین ها، آروماتیکها و بازیابی حلال و… کاملا شناخته شده است و در مقایسه با سایر روش های جداسازی ترجیح داده می شود [۴]. علاوه بر کاربردهای ذکر شده، این فرآیند در حذف CO2 هم موثر است [۵]. از آنجایی که هوا شامل مقداری آرگون است که خواص فیزیکی مشابهی با اکسیژن دارد، محصول تولید شده از بستر معمولا حاوی مقدار قابل توجهی ناخالصی آرگون است. اما این محصول در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی از جمله تصفیهی بیولوژیکی پساب، صنایع فولاد و کوره های ذوب شیشه به کار می رود [۶].
زمینه های مهم و قابل بررسی فرآیند PSA که تا حدود زیادی مزایا و معایب این فن آوری را بیان می کنند و تعیین کننده ی مناسبت آن در یک کاربرد خاص هستند، عبارتند از: خلوص محصول، میزان بازیابی، اثر ناخالصی، نیازمندی به انرژی، مشخصات مقیاس بندی و بازدهی فشار. این مشخصات هریک به طور مفصل قابل بررسی است اما در اینجا تنها به ذکر نام آنها اکتفا می شود [۳].
فرآیندهای PSA ممکن است بر اساس طبیعت انتخاب پذیری (تعادلی یا سنیتیکی) و یا ذراتی که ضعیف تر (یا کندتر) جذب شده اند و محصول تصفیه نامیده می شوند و یا ذراتی که قویتر یا سریعتر جذب شده اند و محصول استخراج نامیده می شوند، دسته بندی می شوند. ترکیبات مختلف این اصول، چهار دسته فرآیند مختلف را بدست میدهد. لازم به ذکر است که فاکتورهایی که بر انتخاب پذیری عملیاتی حکمفرما هستند و نیز نحوه ی عملکرد این چرخه های عملیاتی قدری متفاوت است [۳].
به طور کلی عملیات جداسازی به روش جذب سطحی تقریبا مشابهند به این ترتیب که مخلوطی که باید تحت عملیات قرار گیرد در تماس با یک جاذب غیرقابل حل، قرار داده میشود و به دلیل توزیع ناهمگون اجزاء اصلی سیال بین فاز جذب شده ی روی سطح جامد و توده سیال، جداسازی انجام می شود. تفاوتی که بین فرآیند جذب سطحی و فرآیند جذب وجود دارد، این است که در فرآیند جذب سطحی بر خلاف فرآیند جذب جز یا اجزایی از سیال تحت عملیات خود را بر فاز جذب کننده تحمیل می کنند. این در حالی است که در فرآیند جذب عامل جذب کننده، یک یا چند جز را به دلخواه از سیال تحت عملیات جدا می کند (شکل ۱).
فهرست
۱- مقدمه ۴
۲- مروری بر فرآیند جذب سطحی ۶
۲-۱- تعریف فرآیند جذب سطحی ۶
۲-۲- دسته بندی فرآیند جذب سطحی بر اساس سازوکار جداسازی ۷
۲-۲-۱- جذب سطحی استریکی ۷
۲-۲-۲- جذب سطحی سینتیکی ۸
۲-۲-۳- جذب سطحی تعادلی ۸
۲-۳- دسته بندی فرآیند جذب سطحی بر اساس نوع جذب ۸
۲-۳-۱- جذب سطحی شیمیایی ۹
۲-۳-۲- جذب سطحی الكتروستاتیکی ۱۰
۲-۴- انواع جاذب ۱۰
۲-۴-۱- زئولیتها ۱۱
۲-۴-۲- سیلیکاژل ۱۲
۲-۴-۳- کربن غربال مولکولی ۱۳
۳- اهمیت جداسازی نیتروژن ۱۴
۳-۱- تاریخچه و مشخصات نیتروژن ۱۴
۳-۲- چرخه نیتروژن در طبیعت ۱۵
۳-۳- کاربردهای نیتروژن در صنعت ۱۷
۴- مروری بر انواع دیگر فرآیندهای صنعتی تولید نیتروژن ۱۹
۴-۱- فرآیند جداسازی برودتی ۱۹
۴-۲- فرآیند جداسازی غشایی ۲۱
۵- مروری بر فرآیند جذب سطحی با تناوب فشار ۲۳
۵-۱- فرآیند جذب سطحی با تناوب فشار (PSA) 23
۵-۲- انواع فرآیندهای زیر مجموعه ی فرآیند PSA ۲۴
۵-۳- انواع فرایندهای PSA ۲۶
۵-۴-۳- اثر فشار مرحله ی جذب ۲۹
۵-۴-۴- اثر مقدار محصول ۲۹
۵-۴-۵- اثر دمای بستر ۲۹
منابع ۲۹
| جذب سطحی با تناوب فشار (Pressure Swing Adsorption – PSA) در جداسازی نیتروژن | |
| تعداد صفحات | ۳۱ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۷۹۰ kb |