فرایند جذب سطحی با تناوب فشار

Psaجذب با تناوب فشار:

در واقع می توان گفت یک فرایندی است برای خالص سازی یک گاز از مخلوظیاز گازها که این فرایند بر اساس روش تناوب فشار انجام می گیرد. در صنایع های مختلف از جمله پتروشیمی در سالهای اخیر کاربرد فرایندهای جذبی چرخه ای  در جداسازی گاز ها به صورت دارد.

تمام فرایندهای جداسازی دارای ۲ مرحله اساسی می باشند :

مرحله اول: جذب:

که در این مرحله اجزایی که به صورت انتخابی جذب جاذب می شوند از خوراک جدا شده.

مرحله دوم: احیا:

 که در طی این مرحله اجزا جذب شده از جاذب جدا خواهند شد تا جاذب برای مرحله ی بعد اماده شود. محصول مورد نظر ممکن است از یکی از مراحل جذب و یا احیا و یا هر ۲ بدست اید.

در این پروزه به مراحل انجام هر ۲ مرحله جذب واحیا اشاره خواهد شد. و همچنین در این مقاله تاثیر شرایظ فرایند از قبیل فشار و دما و ترکیب گاز ورودی و موارد دیگر بر روی ظرفیت واحد psaبه طور کامل توضیح می دهیم که بهترین حالات ممکن برای رسیدن به بالاترین درصد خلوص گاز مورد نظر مانند هیدروزن از ترکیب گازورودی در واحد psaنتیجه گیری می شود

جذبabsorption:

فشارpressure:

یکی از فناوریهای جدیدکه طی پیشرفت تکنولوزی گوی سبقت ربوده اند روش جذب سظحی با تناوب فشار psaمیباشد.که جهت خالص سازی هیدروزن استفاده می شود

هدف واحد psaتصفیه گاز غنی از هیدروزنو تولید هیدروزن تمیز و خالص است.

واحدpsa:

از این واحدبرای فشار نوسانات جذب سطحی psaبرای تصویه هیدروزن استفاده می شودکه برای گنجایش های متفاوت جاذب در فشارهای متفاوت برای جدا کردن یک گاز مخلوط به اجزای تشکیل تشکیل دهنده اش . در واقع ظرفیت یک جاذب میزان گازی است که می تواند به واسطه ی احد وزن مواد جاذب جذب شود. در واقع اندازه هر جاذب در کل میتواند زیاد شود با فشار جزعی اجزای تشکیل دهنده گاز وقتی یک گاز مخلوط شامل هیدروزن وارد بستر جاذب در فشار بالا می شود بیشتر اجزا تشکیل دهنده اش حرکت می کنند که به وسیله نیرئی جاذبه به سمت سطح جاذب و در موارد جاذب غرق می شوند اجزای تشکیل دهنده گاز جذب شده متمرکز می شوند روی سطح مواد جاذب هنگامی که اجزایی سبک بالایی مثل هیدروزن به مواد جاذب بسته نمی شوند . و بستر جاذب را بدون فعل و انفعالات در سیستم دینامیک سطح جذبی اجزایی که بهتر جذب شده انند در سطح بستر نسبت ب انهاایی که کمتر جذب شده انند ارامتر حرکت میکنند.به این صورت تمرکز ناخالصی ها در گاز تولید شده کاهش می یابد هنگامی که جریان در طول بستر جاذب حرکت می کند که جداسازی مورد نظر اجزای در جریان را نتیجه می شود.در واقع موارد جاذب تجاری که در دسترس هستند به صورت دانه دانه می باشند.که معمولا همه مواد جاذب ساختاری دارای خلل و فرج در یک صفحه بزرگ دارند. که در طی این خلل و فرج مولکولها یی حرکت می کنند در سطح داخلی جایی که جذب شونده هر ماده ی جاذبی قابلیت سفت شدن مشخصی برای اجزایی متشکل متفاوت گاز دلرد. برای این منظور بسترهای جاذب طرحی شدند با ۳ لایه موادجاذب متفاوت برای جدا سازی هیدروزن از مخلوط شامل چند گاز

فرایند جداسازی که بر پاییه انتقال جرم استوار هستند عبارتند از :

تقطیر:

تقطیر روشی است برای جدا سازی بخش هایی سازنده یک مخلوط یا شکستن یک ترکیب شیمیایی از راه حرارت دادن و رساندن ان به نقطه جوش یا دمایی که در ان چندین بخش سازنده اش بخار شود و از ماده ما جدا شود.

جذب گاز در مایع و یا روی سطح

جامد

استخراج

تبلور:

در فرایند تبلور که معمولا برای تولید نبات استفاده می شود یکی حلال و دیگری حل شونده می باشدکه معمولا باید محلول جامد و حلال مایع باشد و در اثر دادن حرارت بای محلول در حلال ما حل شود.

و دیگر فرایندهای جدا سازی

جذب سطحی به دلیل اینکه یکی از روشهای است که هزینه کم و گستره وسیع جاذب ها جهت جدا سازی مخلوط گازها در صنعت مورد توجه قرار گرفته است فرایند جذب سطحی یک فرایند تناوبی است که پس از جذب اجزا بر روی سطح بایستی جاذب از اجزا جذب شده احیا گردد.که این عملیات احیا در فشار پایین رخ می دهد سپس جاذب جهت فرایند جذب و دفع مجدد احیا می گردد. در واقع در مورد فرایند جذب سطحی این گونه می توان بیان کرد که این فرایند جذب سطحی با تناوب فشار یک واحد عملیاتی مهم برای جداسازی و خالص سازی گازها به شمار می رود. به منظور توسعه این فرایند یک طرح نیمه صنعتی شامل ۴ بستر جذب به طور یک متر و قطری دارای ۳ونیم سانتیمتر ساخته شده.این طرح نیمه صنعتی مجهز به سیستم کنترل وانالیز برای بررسی دقیق شرایط عملیاتی مختلف بسترها می باشد به منظور ازمایش این طرح نیمه صنعتی جداسازی اکسیزن از هوا به کمک یک مولکول به نام جاذب زعولیت ۵aمطالعه گردیده است. که این فرایند شامل مراحل جذب یکسان سازی فشار که در ۲مرحله انجام میگیرد و تخلیه و پاکسازی و افزایش فشار در هر سیکل می باشد .تاثیر پارامتر فشار و زمان سیکل و دبی جریان خوراک و جریان زدایش بر میزان خلوص و بازیابی محصول مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین مدل سازی و شبیه سازی این فرایند با بکارگیری روش با کمک نرم افزار متلب انجام میگیرد فرایند جذب سطحی با تناوب فشار pressur swing adsorption که مخفف شده انpsaمی باشد یک واحد عملیاتی گسترده محسوب می شود که برای جداسازی و خالص سازی گازها به کار می رودکه بر پاییه قابلیت جذب سطحی جامدات و نگهداشتن انتخابی گازها عمل میکند. مهمترین پارامتر عملیاتی در این سیستمها فشار می باشد و در واقع اکثر واحدهای صنعتی در دمای محیط و یا نزدیک دمای محیط  عملمی کنند.در فرایند های جذب سطحی انتخاب روش احیا برای هر سیستم بستگی به فاکتور های اقتصادی و مشخصات تکنیکی مورد نظر دارد. اصطلاح تناوب فشار از روش احیا بستر ها که کاهش و تناوب فشار می باشد گرفته می شود.این فرایند اولین بار در سال ۱۹۵۸ توسط skarstrom برای خشک کردن هوا ابداع شد. این سیستم از ۲ بستر که متناوبا فشار زنی و فشار زدایی می شدن تشکیل شده است.

در واقع افزایش تقاضای هیدروزن برای تصویه نفت خام و فرایندهای پتروشیمی و هیدروزناسیون و هیدرو کراکینگ و سنتز های امونیاک و متانول ها و شیشه سازی و صنایع غذایی و ….محرکهای بسیار قوی برای توسعه فرایند psaبوده اند و امروزه این فرایند در حوزه ی وسیع تر انجام میگیرد. از جمله این فرایندها خشک کردن در هوا و تخلیص گازهای طبیعی و انواع گازهای طبیعی جداسازی هیدروزن  از مخلوط های هیدرو کربنی جداسازی اجزا هوا جداسازی پارافین های نرمال از ایزوپارافینها و ارو ماتیکها و بازیابی حلال و…کامالا شناخته شده است و در مقایسه با سایر روشهای متدوال جداسازی به خصوص برای ظرفیتهای بالاتر و درجه خلوص بیشتر ترجیح داده می شود. در زمینه جداسازی اکسیزن از هوا تحقیق و مطالعه روی این فرایند از دهه های ۵۰و۶۰ اغاز شد و از دهه۷۰این فرایند های تجاری شدند اما به دلیل اینکه جذب انتخابی نیتروزن نسبت به اکسیزن بر روی جاذبه های معمول چندان بالانیست لذا جداسازی هوا در مقایسه با فرایندهای دیگر نظیر خشک کردن هوا تخلیص هیدروزن و جداسازی چارافین های نرمال مشکلتر است.برای تولید اکسیزن در دبی های کمتر ۴۰ تن در روز فرایندهای psaنسبت به روشهای دیگر نظیر تقطیر سرمایشی اقتصادی تر است. در این مقاله جداسازی اکسیزن از هوا با استفاده ازجاذب رعولیت ۵aو روش جذب با تناوب فشار بررسی شده است برای بدست اوردن محصول غنی از اکسیزن از ۴ بستر به همراه ۷ مرحله عملیاتی استفاده می شود. در قسمت تجربی برای تحقق در خصوص عملکر جاذب در چایلوت تاثیر چارامترهایی نظیر مقدار محصول و خوراک فشار و مدت زمان زدایش در نظیرگرفته شده است در بخش تعوری مدل سازی فرایند با استفاده از نرم افزاد متلب و روش ریاضی باهم گذاری متعامد صورت گرفته است درنهایت عملکرد پایلوت در هر دو قسمت با یکدیگر مقایسه شده است.

واحد نیمه صنعتی جذب سطحی با تناوب فشار :

ب منظور توسعه فناوری جذب تناوبی فشار یک واحد نیمه صنعتی  psa با چهاربستر برای جداسازی گازها طراحی و ساخته شده است.این پایلوت در ابعادازمایشگاهی از قابلیت تعویض و کنترل کلیه خطوط جریان و نیز از قابلیت تعویض و کنترل کلیه خطوط جریان و نیز از قابلیت تغییرات مختلف فرایند psa برخوردار می باشد سیستم کنترل و نرم افزار به کار گرفته شده در این پایلوت و سایر قابلیت های تعبیه شده بر روی ان مراحل متعدد جذب تناوبی فشار را ایجاد مبی نمایید. زمان هر یک از مراحل سیکل تناوبی جریان فشارو درجه حرارت ستون جذب کنترل و ثبت می گردد این واحد نیمه صنعتی به طور کلی از پنج بخش بخار بسترها تنظیم فشار کنترل و انالیز تشکیل شده است. در قسمت خوراک برای تغییات نوع خوراک یک سیستم مخزن خوراک با حجم متغییر جهت تغدیه خوراک طراحی شده است جهت افزایش فشار خوراک نیز از یک دستگاه کمپرسور تا فشار ۱۱بار استفاده می شود برای اطمینان از عاری بودن گاز خروجی کمپرسور از رطوبت و روغن از دو جدا کننده اب و روغن و یک بستر خشک کنندها استفاده می شود. در واقع می توان جذب سطحی را به طور مختصر این گونه تعریف کرد :فرایند جذب اتم یا مولکولهای موجود در یک مایع یا گاز در تماس با یک سطح جامد است این جذب به وسیله نیرو های چسبندگی و همدوسی روی میدهد. جذب سطحی با نیروهای سست بلند برد مانند نیروی واندر والسی اغاز و با نیرو های نیرو مندی کوتاه برد مانند یونی و فلزی پایان می یابد. بایستی توجه داشته باشیدکه نیروی واندر والسی همراه با واکنش شیمیاییست و نه تنها در سطح بلکه در تودهای ماده نیز عم و بنابر اینجزو نیروهای جذب سطحی نیست. هر چه اختلاف دمای بین سطح جامد و مواد جذبی بیشتر باشد جذب زودتر روی میدهد زیرا انرزی گرمایی مواد نیروی محرکه جذب روی سزح است. اساس پدیدهای جذب سطحی بر مبنای جداسازی است. فرایند جداسازی عکس اختلاف عمل می کند و این فرایند اختلاف در راستای قانون دوم ترمو دینامیک صورت می پدیرد برای تفکیک نیاز به انرزی زیاذی احتیاج است بنابر این انرزی در فراییند های تفکیک نقش بسزایی دارد که هزینه مربوط به انرزی درکل فرایند در صد عمده ای را به خود اختصاص میدهد. این گونه می توان گفت که فریند جذب سطحی با تناول فشار فرایندی است که در جریان ان مولکولها به سطح جسمی جامد می چسبند مثلا در ماسکهای گازی زغال به عنوان یک ماده جاذب برای گازهای زیان اور بکار می رود. در جذب سطحی فیزیکی معمولی مولکولها بوسیله نیروهای واندروالسی به سطح ماده جاذب گیر میکنند بنابر این مولکولهایی که از گاز که جدب سطحی شده اند تا همان حد تحت تاثیر قرار گرفته اند که گویی مایع شده باشند. در جذب سطحی شیمیایی مولکول های جدب شده با پیوندهایی که ارنند قابل مقایسه با پیوندهای شیمیایی است که به سطح ماده کاتالیزور نگه داشته می شوند.در فرایند تشکیل پیوندی که در این ماده صورت میگیرد که ب ماده حاذب انحجام می شود دچار رایش الکترونی درونی می شوند پیوندهای درونی بعضی از مولکولهای کشیده شده و ضعیف و حتی پیوند بعضی از انها شکسته می شود.به طور مثال این گونه می توان گفت که هیدروزن به صورت اتمی در سطح پلاتین جذب می شود بنابراین تعدادی از مولکولهایی که به طور شیمیایی جذب سطحی شده اند به صوریت یک فرایند به نام کمپلکس فعال شده و بهصورت واکنشی که در سطح کاتالیزوزر شده عمل می کنند. ازسیلیکازل نیز به علت سطح تماس زیاد به عنوان جاذب گاز استفاده می شود. اما موارد فوق در مورد جذب سطحی مولکولهای گاز بر روی سطح یک جسم جامد می باشد. در نوعی دیکپکر از جدب سطحی جسم حل شده در یک محلول بررروی سطح یک جسم جامد جدب می شوند این پدیده در بی رنگ کردن ممحلول ها و معمولا با استفاده از رغال فعال صورت میگیرد.

یکی دیگر از موارد استفاده از جاذبه ای مهمی چون سیلیکازل در انواع روش های کروماتو گرافی می باشد.در کروماتوگرافی برای تکیک اجزای یک مخلوط از تمایل نسبی ان جذب سطحی اجسام حل شوندهبررروی یک جاذب همچون سیلیکازل استفاده می شود.در این گونه موارد تنها یک لایه تک مولکولی از جسم حل شونده به وسیله ی نیروهای واندر والس برروی سطح سیلیکازل جذب میشود و قدرت حل کنندگی حلال شدیدا مانع تشکیل لایه های بیشتر و جذب بیشتر بر روی سطح جاذب می شود. این سیلیکازل ها دارای سطح جذب بسیار زیاد هستن ان هم به دلیل ان که موللول ها دارای قابلیت انعطاف پذیری هستن و توانایی تغییر شکل موقت دراثر جذب حل شونده را دارند وپس از جدایی مولکولهای جذب شونده سیلیکازل دوباره ب حال اول خود برمیگردد.

انواع جذب سطحی را می توان در ۲ دسته جذب سطحی فیزیکی و جذب سطحی شیمیایی تقسیم نمود.

که ۷ اختلاف بین حذب سطحی فیزیکی و شیمیایی وجود دارند که عبارتند از :

  • ۱-در جذب سطحی فیزیکی نیروهای ضعیف واندر والس باعث جذب می شوند اما در جذب سطح شیمیایی این گونه نیس این پیوند های شیمیایی هستند که موجب انجام عمل جذب شده.
  • ۲-انتالپی جذب سطحی فیزیکی کمتر از انتالپی جذب سطحی شیمیایی است.
  • ۳-در جذب سطحی فیزیکی در پایین تر از نقطه ی جوش جذب شونده اتفاق می تفند ولی در جذب سطحی شیمیایی جذب در دمای بالاتر نیز می تواند اتفاق افتد.
  • ۴-در جذب سزحی فیزیکی با افزایش فشار جسم جرب شونده مقدار جذب در واحد سطح افزایش می یابد اما در جذب سطحی شیمیایی با افزایش فشار جسم جذب شونده  مقدار جذب در واحد سطح کاهش می یابد.
  • ۵-در جذب سطحی فیزیکی میزان جذب از خصوصیات جسم جدب شونده است در صورتی که در جسم جذب شیمیایی میزان جذب از خصوصیات هر دو جسم است.
  • ۶-انرزی فعال سازی در جدب سطح فیزیکی میزان جذب از خصوصیات جسم چندال دخیل نیست در حالی که در جذب سطحی شیمیایی ممکن است دخیل باشد.
  • ۷- جدب سطح فیزیکی به صورت چند لایه صورت میگیرد ولی جذب سطح شیمیایی حد اثر به یک لایه منتهی می شود.

بنابراین به دلیل فیزیکی بودن جذب بر روی کاغذ جدب استیک اسید نیرزبر روی ان چند لایه ای می باشد.

به دلیل محدودیت رنگ شناساگر ها می توان از شناساگر های دیگری استفاده نمود.

زغال به وسیله جذب سطحی رنگدانها می تواند رنگزدایی محلول ها را انجام دهد این موضوع رنگدانها کاربرد فراوانی دارد.

لانگمیور پدیده ای را برای جذب سطحی و به خصوص پدیده جذب سطحی شیمیایی اراعه کردو توانست به توضیح نطری ساده اما مهم در باره ی منحنی هم دمای جذب سطحی دست یابد وی بر این فرض بود که هیچ برهمکنشی بین مولکولهای جذب شده  وجود ندارد  و جامد نیز سطح یکنواختی دارد  او همچنین بر این فرض بود که مولکولها در مکانهای خود ثابت هستند و تنها یک لایه از جذب شرکت می کنند.

نیروهای فشار برای ایجاد تفکیک فشار جزعی حاصل از ناخالصی ها است قاعده ی کلی عامل ساده است در فشار بالا نا خالصی ها از گاز تغذیه جدا می شود در نتیجه ان گاز با در جه خلوص بالا تولید می شود با توقف لوله تغذیه و پایین امدن فشار مکنئها ناخالصی ها جدا می شوند و در گاز انتهایی می مانند ا/ر چ فشار psa یک فرایند گرو هی است با این حال در ان مکش های عامل متعددی در مراحلی سلسله ای وار به کار می روند که در ان واحد به عنوان یک فرایند دنباله داردر محدوده ی باطری عمل میکند.

یک دوره چرخش فشار کامل شامل ۵ مرحله اساسی زیر می باشد که با صرفه نطر از تعداد مجرا های مکنده برای همه بخش های psa به کار میرود.

  1. مکش سطحی
  2. کاهش فشار
  3. کاهش فشار جریان مخالف
  4. تصویه در فشار پایین
  5. تقلیل دادن
  6. مکش سطحی

گاز تغذییهدر فشار با مکش بالا وارد می شود.و ناخاصی هار میگیرد و هیدروزن با درجه خلوص بالا به عنوان محصول خارج می شود که معمولا این جریان به سمت بالا صورت میگیرد.وقتی که یک کننده به قابلیت مکندگی خود رسیده باشد و ان را انجام دهد این قابلیت در ان از بین می رود و لوله تغذیه به صورت خودکار به سمت مکنده ی جدیدی تغییر مسیر میدهد این سلسه مراتب لوله تغدیه و جریان های تولید را ثابت نگه می دارد.

جریان کاهش فشار

برای بازیافت هیدروزنی که در محوطه خلع کننده در مکنده جدب شده در همان مسیریکه لوله تغذیه جریان دارد مکنده فشارش را از مسیر محصول کم می کند و هیدروزن با درجه ی خلوص بالا خرج می شود این هیدروزن در واقع در سیستمی به کار می رود کهدر ان دیگر مکنده ها را یک دست کرده و انها را تصویه میکند.

کاهش فشار جریان مخالف

بعد از بازیافت کردن هیدروزن مراحل کامل می شود محدوده ناخالصی ها به بالاترین قسمت بستر جدب کننده می رئد  و ان بستر دیگر قابلیت مکندگی از خود ندارد این بستر تا حدودی با کاهش فشار از انتهای لوله تغذیه باز تولید می شود و ناخالصی ها دفع شده  به گاز انتهایی psa رانده می شود.

تصفیه

سپس جذب کننده با هیدروزن با دریچه خلوص بالا از مکنده ی دیگری در جریان با کاهش فشار گرفته می شود که در فشار ثابت گاز انتهایی به منظور احیا کردن دوباره بستر تصویه می شود.

Repressusizatto

سپس هیدروزن مرحله قبلی قدرت مکنده را کاهش میدهد تابه مرحله یتغذیه تغییر مسیر دهد.

هیدروزنی که برای فشرده کردن محدوده به کار می رود از کاهش جریان یعنی از کاهش جریان در مرحله ی دوم  در بالا و با فشار هوایی که از محصول هیدروزن ایجاد می شود فراهم می شود وقتی که مکنده به فشار که برای مکش سطحی لازم است رسید چرخه کامل می شود و مکنده های باز تولید برای مرحلهی بعدی مکش سچحی اماده ی می شود.

یکنواخت کننده های فشار :

تعدادی از یکنواخت کنندهای فشار نقش باز یافت هیدروزن را برعهده دارند کاهش فشار رایج که در سیستم می توانند به مسیر دست بیابند طبق قاعده عمومی  افزایش دادن شمار یکنواخت سازها فشار باعث می شود که بازیافت هیدروزن سریع تر انجام گرفته وافزایش یابد.برای انجام هر عملی محدوده بالایی از یکنواختی سازها مورد نیاز است تا بازیافت هیدروزن را به بالاترین مقدار ممکن برساند.

هر زمانی که این ماکسیمم حاصل شده باشد با اضافه کردن فشار یکنواخت سازها بازیافت هیدروزن بیشتر نمی شود.

بازیافت در مقابل قابلیت

در طی طرح یک سنجش psa جدید بازیافت هیدروزن ان چنان به حداکثر میزان می رسد که اندازه بخشش های مختلف جریان در این فریاند به حد اقل خود می رسد همواره پس از کارگذاری و شروع به کار ان پالایشگاه به ان نیاز پیدا میکند و تعادل هیدروزن تغییر می یابددر این امر معمولا نیاز است تا راهی را پیدا کنیم که در ان هیدروزن خالص برای احتیاجات جدید تولید شود.

در افزایش تولید هیدروزن از یک بخش psa موجود بدون تغییرات ابزار الات وسیع امکان پدیر می باشد. طرح اصلی یک بخش psa این است که محدوده ناخالصی ها را بالای بستر مکنده و انتهای مرحله ی جریان کاهش فشار قرار میدهد به وسیله ی اصلاح چرخه ی فرایند و کاهش دادن شمار یکنواخت سازها محدوده ناخالصی در سطح  میانی بستر می تواند واقع شود این امر به این بخش این قابلیت برای جابجا کردن یک فزونی درمیزان لوله تغزیه را می دهد که پیشرفت های جلویی را به بالای بستر دوباره بر میگردد ضروریت این ام بازیافت هیدروزن را برای قابلیت لولهای تغذیه جا به جا می کنند ۲تا۳ مکان در بازیافت هیدروزن کاهش پیدا می کنند یه در نتیجه یکنواخنی سازها کمتر است و می تواند منجر به افزایش قابلیت ۱۵تا ۲۰ رصدی شود ماحاصل این شبکه در تولید هیدروزن پیشرفتی قابل ملاخظه داشته است.

بسته به سارز نسب شده جذب کنندهای سطحی بازیافت هیدروزن اصلاح شده با استفاده از جذب کنندها با عملکرد بالا انجام میشود در بسیا ی از موارد بازیافت میتواند در طی جایگزینی یک جرب سحطی در حین که میزان محصول در حال افزایش است باقی بماند در همه موارد این بخش برای تولید هیدروزن o-spec ادامه می یابد.

برای اصلاح کردن موفق یک بخش  یک طدح خیلی جدید را ابداع کرده اند که از ان می توان این گونه نام برد که این طرح باید به گونه ای باشد تا هیدرولیک های یک بخش را بررسی کند واصلاحات جذب کننده انها را بتواند به طور کامل از بین ببرد ایت تغییرات در سیستم  می تواند از ساده تا پیچیده در نوسان باشد  برخی از نواحی برای سارز به شرح زیر عمل می کنند.

  • ۱-نوسان مجدد مجموعه ابزار
  • ۲-جایگزینی مجدد اصطلاحات سوپاپ
  • ۳-جایگزینی مجدد عایق لوله کشی و سوپاپ
  • ۴-اصطلاحات برای جریان مجراهای مکنده های توزیع کننده
  • ۵-جایگزینی مجدد جذب کننده های جزعی
  • ۶-مجرای برای مکنده های اضافی

یک نمونه از مثالهایی که می توان در مورد جذب سطحی در تناوب فشار از از این قرار می باشد.

روشهای خالص سازی گاز طبیعی

فرایند تصویه گاز طبیعی به ۴ دسته تقسیم می شود.

  1. فرایند بر مبناب جذب در فاز مایع با تناوب فشار
  2. فرایند بر مبنی جذب برروی یک جاذب جامد
  3. روش های غشایی
  4. ۴-تبدیل شیمیایی به سایر ترکیبات

جذب در فاز مایع با تناوب فشار

در این فرایند به این گونه است که جذب بر روی یک حلال معمول ترین روش مورد استفاده برای خالص سازی  است. که گاز ورودی در داخل یک برج از نوع سینی دار با پکینگ هایی که جریان در ان به صورت های مختلف جهت هسند عمل می کند و با یک حلال انتخاب گر در تماس کامل قرار میگیرند که گر حلال ورودی از بالای برج خالص باشند سرعت چرخش هلال و تعداد سینی ها  با ارتفاع اکنده را می توان برای بدست اوردن خلوصمناسب گاز خروجی مشخص کرد.

که برای بازگرداندن دمای هلال به دمای عملیاتی برج جذب گاز قبل از ارسال به برج حلال قبل از ورود به برج جذب تا دمای مناسب سرد باید شود.

در این روش جذب مواد حلال می تواند به صورت فیزیکی و یا در اثر واکنش های شیمیایی صورت گیرد که می توان این گونه بیان کرد که بهترین نوع عملکرد در خالص سازی مواد می باشد

برای روش جذب که از خالص سازی گاز طبیعی استفاده می شود.هر چند از دیر باز از این روش برای جداسازی وتصویه ین گاز ب کار می رفته است اما با توجه به ویزگی های منحصر به فرد جذب سطحی استفاده از فزایند های مرتبط با این دسته روز به روز مورد توجه قرار گرفته است.

جذب سطحیکه شامل تعادل سیالات جامد است  به علت میدان نیروی جذابه و دافعه نسبتا قوی ایجاد شده است که در نزدیکی سطح جامد نسبت به یک نوع مولکول خاص و همچنین خاصسیت غربال گری برخی از جاذب های جامد نسبت به انواع دیگر روشهای جداسازی گازها مثل جذب توسط حلال ها ترجیح داده می شود فرایند های جذب سطحی بر عکس جذب عموما در فشار های پایین کار می کنند که افت فشار نسبتا کمی ایجاد می شود.

بدین ترتیب بخش کوچکی از خوراک ما محصول با یک گاز ارزانتر مانند هوا قرار می گیرد و احیا می شود و نیازی به فرایند جانبی مثل تقطیر با استخراج مایع مایع نیست.

در حین فرایند جدب در بستر علاوه بر مرکاپتان ها اجزای همچون اب و co2 نیز جذب بستر می شود ترتیب جذب این مواد بستگی به قدرت جذب انها در روی جاذب دارد.

امروزه جذب سطحی در مقیاس های صنعتی  جداسازی هوا و خالص سازی گاز طسبیعی و دیگر فرایند های پتروشیمی کاربرد فراروان دارد کاربرد صنعتی و تجاری از گازها در طبیعت به صورت مخلوط با گاز های دیگر وجود دارد جز در حالت خالص و با درجه بندی خلوص بالا میسر نیست

این فرایند از نطرعملیاتی بسیا ساده بوده و توسط بستر های که تحت تاثیر فشار های متناوب psaو با دماهای متناوب tsa هستند انجام می شوند  از محاسن این روش که کاربرد زیادی نیز دارند می توان به هزینه های پایین تعمییر و نگهداری ان اشاره کرد

فرایند جذب سزحی با فشار معمولا در فشار بالا و دذ دماهای پایین انجام می شود و فرایند دفع عکس این عمل می کند  که می توان این گونه گفت که در فشار های پایین و دماهای بالا صورت می پذیرد.

این فراینددر اثر نیروی جاذب و دافعه نسبتا قوی که در نزدیکی سطح جامد حضوردلرند و یا اینکه در اثر خاصیت غربال گری مولکول  ها صورت می پذیرد.

مهمترین کارهای انجام شده در فرایند های جذب سطحی با تناوب فشار به شهر زیر است:

۱۹۸۶ ruthven: و همکارانش شبیه سازی عددی فرایند psa را با استفاده از مدل نفوذ درون حفرهای انجام دادند.

۱۹۹۶sun : و همکارانش فرایند psa ب نفوذ محدود را با روش عددی تفاضل محدود برسسی کردند.

۲۰۰۱ mendes :و همکارانش شبیه سازی فرایند psa را با مدلهایپیچید انتقال جرم به ذره بررسی کردند.

۲۰۰۵ esmaeili: مدل سازی و شبیه سازی واحد مرکاپتان زدایی گاز را به روش غربال مولکولی انجام داد است.

۲۰۰۷adloo: مدل سازی فرایند شیرین کردن گاز طبیعی ب کمک فرایند جذب سطحی اصلاح شده انجام گرفته است.

در این کار اخیر عدلو فرایند شیرین سازی گاز طبیعی را به کمک فرایند جذب سطحی اصلاح شده مدل سازی کرد.در این مدلسازی از یک شبکه یک بعدی استفاده شه است و برای نفوذ در جاذب مکانیسم های نفوذ توسن و جریان های ویسکوز و همچنین نفود سطحی مورد استفاده قرار گرفته است.

در عملیات جذب سطحی انتقال یک جز از فاز گاز ی مایع به سزح جامد صورت  می گیرد که از کاربرد های این جذب می توان به رنگیری شربت قند و تصویه رو غن های صنعتی و خوراکی اشاره کرد و حذف مواد الاینده از هوا یا مخلوط  های گازی اشاره کرد وازه جذب سطحی برای تشریح این حقیقت به کار می رود که غلطت مولکولهای جذب شده در سطح بیشتر از فاز مایع یا محلو است جذب روی یک سطح جامد به علت نیروی جاذبه اتم یا ملکول های که در سطح انجامد است در عما جدب سطحی با تناوب فشار نیروهای مختلفی اعم از یزیکی یا شیمیایی موثر و مقداران بستگس به طبیعت ماده جذب شونده و جسم جاذب دارد و به این دلیل می توان مثلا ماده ای که در مخلوط وجود دارد را جدا نموده چند مثال که در ادامه بیان شده است بیانگر این موضوع می باشد و کار برد اصلی ان را نشان می دهد.

در حالت جدااسازی  های گازی از فرایند جذب  در رطوبت زدایی ها هوای خشک و دیگر گازها بوزدایی و جداسازی ناخالصی ها از گاز های صنعتی مثل دی اکسید کربن  بازیابی حلال های پر ارزش از مخلوط رقیق انها با هوا یا گاز های دیگر و جداسازی مخلوطی از هیدروکربن های گازی مانند مخلوطی از متان و اتان و اتیلن و پروپان  و پرو پین استفاده می شود.از فرایند های جدا ساز یمایع می توان رطوبت زدایی بنزن  رنگ زدایی محصولات نفتی و محصولات ابکی قندی  بوزدایی و طمع زدای اب  و جداسازی هیدرو کربن ها ی ارو ماتبکی و پارافینی را نام برد که هر کدام از این مواد در صنعت کار برد ها ی وسیع و گسترده ای دارند و بنابه مورد و شرایط محدوده در محدوده کاری از انها استفاده می شود.

۲مکانیزم اصلی برای جذب سطحی با تناوب فشار وجود دارد:

۱-جذب فیزیکی

۲-جذب شیمیایی

که هفت اختلاف بین جذب سزحی فیزیکی و شیمیایی به قرار زیر است.

۱-درجذب سطحی فیزیکی نیروهای ضعیف واندر والسی باعث جذب می شوند ولی جذب شیمیایی پیوندهای شیمیایی موجب انجام عمل جذب می شود.

۲- انتالپی جدب سطحی فیزیکی کمتر از انتالپی جذب سطحی شیمیایی است

۳-جذب سطحی فیزیکی در پایین تر از نقطه جوش جذب شونده می افتد ولی جذب سطحی شیمیایی جذب در دماهای بالاتر نیز می توند اتفاق افتد.

۴-در جذب سطحی فیزیکی با افزایش فشار جسم جذب شونده مقدار جذب در واحد سطح افزایش می یابد ولی در جذب سطحی شیمیایی ب افزایش جسم جذب شونده مقدار جذب در واحد سطح کاهش می یابد.

۵-در جذب سطحی فیزیکی میزان جذب از خصوصیات جسم جذب شونده در صورتی که در جدب سطحی شیمیایی میزان جذب از میزان هر ۲ جسم است

۶-انرزی فعال سازی در جذب سطحی فیزیکیچندان دخیل نیست  در حالی که در جذب سطحی شیمیایی ممکن است دخیل باشد.

۷-جذب سطحی فیزیکی به صورت چند لایه صورت می گیرد ولی جذب سطحی شیمیایی حد اکثر به ک لایه منتهی می ود.

تصفیه پساب ها با استفاده از فرایند جذب سطحی با تناوب فشار:

در دوره امروز بیشتر تحقیقات به منظور یافتن روشهایی ارزانتر انجام میگیرد تا جایگزینی برای روشهای پر هزینه تصویه پساب همچونتبادل های یونی و الکترو فلوتاسیون جداسازی غشایی و اسمز معکوس الکترو دیالیز و استخراج حلالی و غیره گردد.جذب سطحی با روش فشار یکی ازفرایند های فیزیکو شیمیایی است که در حذف الودگی ها بسیار موثر عمل می کند در عصر حاضر با گسترش صنعت و تکنولوزی های پیشرفته الودگی های حاصل از رنگ زاها  فلزات سنگین مواد سمی و سایر الایندهای الی رها شده از پساب های صنایع مختلف به منابع ابی زندگی بسیار یاز موجودات زنده را به خطر انداخته است . لذا در پی ان مطالعت گسترده ای انجام شده است.

در فرایند جذب سطحی با روش فشار برای انتخاب جاذب پارامترهایی باید در نطر داشت که عبارتند از:

۱-کارایی بالای جذب برای حذف الایند ها

۲-استفاده از جاذب های ارزان قیمت و فراوان در طبیعت یا جذب های حاصل از پسمانده های صنایع

۳-قابلیت مناسب برای بازیابی جاذب ها و ورود مجدد انها به چرخه تصویه پساب

۴-امکان طراحی و استفاده از جاذب برای سیستم های صنعتی

۵-تخریب پذیری زیستی جاذب

انواع جاذب ها با استفاده ار فرایند جذب سطحی با تناوب فشار

تکنیک جذب سطحی با مواد جامد مانند انواع کربن ها چیتوزان ها کیتین و سلولز و پسماندهای گیاهی و پسماندهای کارخانجات ها و خاکستر ذغال و سیلیکازل والومینها و لیگنین ها و زعولیت ها و خاک رس و خاک اره و سویای روغن زدایی شده و تفالهای دانه های ابجو سازی و….که به طور وسیعی جهت حذف دسته ای از الایندها شیمیایی از اب های الوده توسعه یافته است و به ویزه برای مواردی کهدر روش های معمولی تصویه اب به سختی از بین می رود به کار می رود.

کربن فعال

Pac کربن های فعال شده برا ساس اندازه و شکل می توان انها را به ۴ دسته تقسیم کرد کربن فعال پودر شده گرانوله

انواع کربن های فعال شده بر اساس منبع تهیه ان ویزگی accوپار چه ای acfو الیافی gac های فیزیکو شیمیایی و فعالیت شیمیایی انها متفاوت است .

کربن فعال شده در خارج ساختن مواد به عوامل کمچلکس دهنده نیاز دارد تا به خوبی عمل کند و جذب سطحی با کربن فعال شده برای خارج ساختن مقادیر بسیار جزعی رنگزاها از اب بسار موثر است اما هزینه بالای ان مانع از به کار گیری انها در مقایس های بزرگ می شود مگر در موارد خاص اگر چه امروزه جاذب های ارزان قیمت بی شماری یافت می شود اما به جرات می توان گفت که کربن ها همچنان بطور وسیعی مورد ستفاده cacقرار می گیرند.کربن فعال به خاطر قابلیت جذب بسیار عالی که دارد باعث می شود مساحت سطح زیاد و سرعت بالای جذب برای گسترش وسیعی از انواع الاینده ا بکار می رود اما برای رنگزاهای غیر یونی بی اثر است .

یکی از روش های حذف الاینده های رنگزا استفاده از کربن فعال پارچه ای با مساحت بالا می باشد.

هر چند این روش موثری برای حذف مواد رنگزا می باشد اما بخاطر گران قیمت بودن این روش به نظر می رسد برای استفاده از حجم بالا مقرون به صرفه نیست.

در روش دیگر که استفاده از کربن فعال پودری است علاوه بر گان بودن بازیافت و جدا کردن ان از اب الوده تصویه شده کار مشکل و هزینه بری می باشد و فقط در موارد ویزه از ان استفاده می شود .

جذب سطحی را می توان این گونه تعریف کرد :تمایل مولکول های فاز سیال برای چسبیدن به سطح جامد  می باشد

جذب سزحی یک فرایند جداساز ی است که در ان برخی از اجزا فاز سیال به سطح یک جاذب سطحی جامد منتقل می شود.

معمولا ذرات ریز جاذب در بستر ثابتی نگهداشته می شود و سیال به صورت پیوسته از میان بستر عبور داده می شود تا جامد تقریبا سیر شود و دیگر نتواند به جداساز یمورد نطر دست یابد

در فرایند جذب سطحی ۳ قسمت وجود دارد:

۱-جذب adsovbent

۲-ماده جذب شدهadsorbate

۳-مواد معلقadsorpt

عامل اصلی در سیستم جذب جاذب است جاذب پدید اورنده فناوری جذب سطحی است. در گذشته استفاده از جاذب ها  برمبنابی بسیار گسترده ای سعی و خطا استوار بوده است.که با انجام ازمایش های کیفیت انها اندازه گیری می شود اما امروزه بررسی های انجام شده بر اط لحاط عملی ساختار منافذ و تخلخل و انرزی های سطحی و دیگر پارامتر های یک جاذب را از پیش تعیین می کندو بر مبنای ان جاذب را استفدهمی کند  در ساختار مولکولی منظم مقدار جذب افزایش می یابد و میزان انتخاب پذیری نیز زیاد می شود که امروزه بشر توانایی این را بدست اورده است که مواد را در حد نانومتری از یکدیگر جداسازد.

اسا پدیده جذب سطحی این است که

پدیده جذب سطحی به خاطر خواص موجود برروی سطح جامد اتفاق م افتد این خواص دارای ۲ منشا می باشد:

۱-پدیدیه discontinuityبه این مفهوم است که خواص سطح جاذب از خواص بقیه  جاذب ها متفاوت است در واقع اتم های سطح از اتم های توده متفاوت تر است.

۲-اتم های سطح جامد غیر اشباعunsaturatedهستند که این پدیده به این مفهوم است که در زیر سطح اتم های جامد با اتم های مجاور پیوند سطحی ایجاد می کنند اما سطح اتم ها از بالا ازاد هستند و توانایی ایجاد پیوند با مولکولهای دیگر را دارند از این رو یک حالت تمایل برای رسیدن به حالت اشباعد مولکول های سطح وجود دارد بنابر این این گونه می توان گفت که جذب سطحی دارای خاصیت جدا کنندگی بسیار قوی می باشد.

در واقع فرایند جذب سطحی با تناوب فشار در تصویه فاضلاب نقش بسیار کاربردی دارد.

که   فریندجذب سطحی یکفرایند پیچیده الکترو شیمیایی است که در اثر نامتعادل بودن نیروهای سطحی در سطح مواد جاذب اتفاق می افتد این فرایند توسط نیروهای فیزیکی مانند پیوند واندر والس و همچنین باند های شیمیایی انجام میگیرد.

به کمک این فرایند می توان بعضی از اایندهای محیط زیست به خصوص مواد الی مقاوم یا غیر قابل تجزیه بیولوزیکی موجود در فاضلاب ها بهداشتی را جذب نمود البته فرایند جذب سطحی به عنوان یک روش دفع نهایی جهت حذف این الایندهای فاضلاب های شهری محسوب نمی شود چون واکنش جذب سطحی در شرایط خاصی برگشت پذیر است و مواد جذب شده ممکن است دوباره واجذب شود.

عوامل موثر بر سرعت جذب مواد در فرایند جذب سطحی

۱-خصوصیات مواد جاذب و جذب شونده

۲-قطر ذرات جذب شونده

۳-قابلیت تماس ماده جاذب و جذب شونده

۴-قابلیت تجزیه پذیری ماده جذب شونده

۵-وجود شاخه ها فرعی در ماده جذب شونده

۶-وزن مخصوص ماده جذب شونده

۷-سطح ویزه ماده جذب شونده

۸-طول زنجیره کربن

۹-وجود ترکیبات اروماتیک

۱۰-پلاریته

۱۱-غلطت مواد جذب شونده

۱۲-حلالیت

۱۳-دما

۱۴-ph

سرعت جذب مواد در فرایند جذب سطحی با دما غلظت طول زنجیرره کربن  وجود شاخه های فرعی در ذرات یا مواد جذب شونده و سطح ماده جاذب و قابلیت تماس انها با یکدیگر رابطه ی مستقیم و با قطر وزن مخصوص و درصد ترکیبات اروماتیک پلاریته بودن  و حلالیت ماده جذب شونده و phمحیط رابطه عکس دارد

منابع:www.zadab.com

www.civillica .com

www.irandoc.ir

www.nsms.ir

نویسنده مطلب: hamid

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *