مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

شبیه‌سازی حذف دی‌اکسیدکربن با حلال‌های پایه‌آمینی در راکتور غشایی الیاف توخالی پلی‌پروپیلنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناس ارشد مهندسی شیمی، دانشکدۀ مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استاد مهندسی شیمی، پژوهشگاه صنعت نفت و دانشکدۀ مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 استادیار مهندسی شیمی، دانشکدۀ مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
حذف دی‌اکسیدکربن به­دلیل مشکلات محیط زیستی ناشی از آن، همچنان مقصود اصلی پژوهشگران است. در این مطالعه مقایسۀ نتایج شبیهسازی حذف دی‌اکسیدکربن به‌وسیلۀ جذب هر چهار حلال پایهآمینی متداول شامل: مونو اتانول آمین (MEA)، دیاتانول آمین (DEA)، متیل‌دی‌اتانول آمین (MDEA) و آمینومتیل پروپانول (AMP) در راکتور غشایی الیاف توخالی پلی‌پروپیلنی و بررسی مقایسه ­ای حلال­ها با مراجع دیگر بهصورت مجزا با نرمافزار کامسول مولتی-فیزیک برپایۀ محاسبات دینامیکی سیالاتی (CFD) شبیهسازی شده‌است. نتایج کار حاضر با هر چهارحلال پایهآمینی برحسب طول غشا (بدون بعد) با داده­های مورد مطالعاتی سایر پژوهشگران مقایسه شدهاست. این نتایج نشان داد که بهترین میزان جذب با حلال MEA با میزان جذب ۸۸٪ از گاز CO2 به‌دست آمدهاست. نتایج شبیه‌سازی­ ها برای هر چهار حلال پایهآمینی درمقایسهبا خروجی مدل سایر پژوهشگران بهصورت جداگانه با مراجع دیگر اعتبارسنجی شده ­­اند و سازگاری قابل قبولی بین داده ­های شبیهسازی حاضر با نتایج دیگران دیده می­ شود. نتیجۀ این بررسی نشان داد که شبیه‌سازی حاضر نیز قادر است برای موارد حذف دی‌اکسیدکربن به‌وسیلۀ هر چهار حلال پایهآمینی در راکتور غشایی الیاف توخالی پلی‌پروپیلن، داده ­های مناسب و جایگزینی درمقایسهبا مدل تجربی در برداشته باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Simulation of Carbon Dioxide Removal byAmine Based Solvents in Polypropylene Hollow Fiber Membrane Reactor

نویسندگان English

M. Makhsousi 1
M. R. Jafari Nasr 2
H. Baniasadi 3
1 M. Sc. in Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Professor of Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor of Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

The removal of carbon dioxide due to environmental problems is still of great interest to researchers. In this study, simulation of carbon dioxide removal by absorption four amine base solvents including; monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), methyl diethanolamine (MDEA) and aminomethylpropanol (AMP) in a polypropylene hollow fiber membrane reactor is investigated.
A comparative study for solvents by multi-physics Comsol software based on fluid dynamics (CFD) calculations is performed. The results showed that the best adsorption rate was obtained by MEA solvent with 88% CO2 absorption rate. The absorption of carbon dioxide by each amine-based solvents in the references is investigated separately. The simulation results are validated separately for each solvent. An acceptable consistency is obtaned between the present simulation data and the results of others given refrences. Finally, as a result of this study, it is shown that the present simulation is powerfully provided suitable and alternative data for carbon dioxide removal by each four traditional amine-based solvents in compare with the available experimental data.

کلیدواژه‌ها English

CO2 Removal
Membrane
Amine Based Solvents
Simulation
Polypropylene
[1]        Gorohi, E., Davari, S., & Sohrabi, A. S. (2013). Separation of CO2 from exhaust gas of power plants by membrane contactor. Journal of Tehran Force Research Institute, 13, 8.
[2]        Zhang, Z., Yan, Y., Zhang, L., & Ju, S. (2014). Numerical Simulation and Analysis of CO<sub>2</sub> Removal in a Polypropylene Hollow Fiber Membrane Contactor. International Journal of Chemical Engineering, 2014, 256840. doi:10.1155/2014/256840
[3]        Sohrabi, M. R., Marjani, A., Moradi, S., Davallo, M., & Shirazian, S. (2011). Mathematical modeling and numerical simulation of CO2 transport through hollow-fiber membranes. Applied Mathematical Modelling, 35(1), 174-188. doi:https://doi.org/10.1016/j.apm.2010.05.016
[4]        Farjami, M., Moghadassi, A., & Vatanpour, V. (2015). Modeling and simulation of CO2 removal in a polyvinylidene fluoride hollow fiber membrane contactor with computational fluid dynamics. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 98, 41-51. doi:https://doi.org/10.1016/j.cep.2015.10.006
[5]        Mansourizadeh, A., & Ismail, A. F. (2009). Hollow fiber gas–liquid membrane contactors for acid gas capture: A review. Journal of Hazardous Materials, 171(1), 38-53. doi:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.06.026
[6]        Mansourizadeh, A., & Ismail, A. F. (2011). Preparation and characterization of porous PVDF hollow fiber membranes for CO2 absorption: Effect of different non-solvent additives in the polymer dope. International Journal of Greenhouse Gas Control, 5(4), 640-648. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2011.03.009
[7]        Yeon, S. -H., Lee, K. -S., Sea, B., Park, Y. -I., & Lee, K. -H. (2005). Application of pilot-scale membrane contactor hybrid system for removal of carbon dioxide from flue gas. Journal of Membrane Science, 257(1), 156-160. doi:https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.08.037
[8]        Eslami, S., Mousavi, S. M., Danesh, S., & Banazadeh, H. (2011). Modeling and simulation of CO2 removal from power plant flue gas by PG solution in a hollow fiber membrane contactor. Advances in Engineering Software, 42(8), 612-620. doi:https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2011.05.002
[9]        Makhsosi, M. (2020). Comparison of the process of modeling and software simulation of carbon dioxide removal with the help of membrane. (M.Sc. Thesis), Islamic Azad University, Tehran.
[10]      Saidi, M., Heidarinejad, S., Rahimpour, H., Talaghat, M., & Rahimpour, M. R. (2014). Mathematical modeling of carbon dioxide removal using amine-promoted hot potassium carbonate in a hollow fiber membrane contactor. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 18, 274–285. doi:10.1016/j.jngse.2014.03.001
[11]      Gao, X. -Y., Liu, L., Hu, M. -L., Xiang, Y., Chu, G.-W., Zou, H. -K., ... Chen, J. -F. (2016). Numerical simulation for mass transfer characteristics of CO2 capture in a rotating packed bed. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 109, 68-79. doi:https://doi.org/10.1016/j.cep.2016.08.015
[12]      Neumann, K., Hunold, S., de Beer, M., Skiborowski, M., & Górak, A. (2018). Mass Transfer Studies in a Pilot Scale RPB with Different Packing Diameters. Industrial & Engineering Chemistry Research, 57(6), 2258-2266. doi:10.1021/acs.iecr.7b04186
[13] Sheng, M., Xie, C., Sun, B., Luo, Y., Zhang, L., Chu, G., ... Chen, J. -F. (2019). Effective Mass Transfer Area Measurement Using a CO2–NaOH System: Impact of Different Sources of Kinetics Models and Physical Properties. Industrial & Engineering Chemistry Research, 58(25), 11082-11092. doi:10.1021/acs.iecr.9b00538