JARC جریان گاز از طریق ایجاد نیروهای بین مولکولی در فاز مایع حل میشوند اما در فرایند جذب شیمیایی در فاز مایع بهطور عمومی مقدمه

Transcript

1 JARC مدل فرایند جذب کربن دی اکسید در برجهای آکنده بهوسیلهی محلول -آمینو -متیل 1 -پروپانول سپهر صدیقی 1 و* و سید رضا سیف محدثی 1- دکتری مسئول پروژه واحد مهندسی واکنشهای کاتالیستی پژوهشکده کاتالیست و نانوفناوری پژوهشگاه صنعت نفت تهران ایران - فوق لیسانس مسئول طرح واحد مهندسی واکنشهای کاتالیستی پژوهشکده کاتالیست و نانوفناوری پژوهشگاه صنعت نفت تهران ایران دریافت: آبان 191 بازنگری: آذر 191 پذیرش: آذر 191 چکیده: در این پژوهش فرایند جذب گاز کربن دی اکسید در برجهای آکنده توسط حالل - آمینو - متیل پروپانول مدلسازی و اعتبار سنجی شده است. مدل مبتنی بر نرخی که در این پژوهش ارایه شده انتقال جرم و گرما گرماي آزاد شده توسط جذب و تبخیر حاللیت کربن دی اکسید در محلول آمین واکنش جذب ضریب افزونی و تعادل ترمودینامیکی در سطح تماس بین فاز گاز و مایع را در نظر میگیرد. معادالت جبری و دیفرانسیلی مدل در محیط برنامه "مطلب" پیادهسازی شده و با توابع مناسب به صورت یک مسأله مقدار مرزی به روش عددی حل شده است. نتیجههای بهدست آمده از این مدل با اطالعات آزمایشگاهی بهدست آمده از یک برج پایلوت و همچنین با نتیجههای بهدست آمده از مدل ارایه شده توسط پژوهشگر دیگر برای همین فرایند با شرایط مشابه مقایسه شدهاند. نتیجهها نشان دادند که مدل ارایه شده در این پژوهش بهخوبی با نتیجههاي آزمایشگاهی مطابقت داشته و مدل تغییرات بار آمین پروفایل دمای آمین و جز مولی کربن دی اکسید در فاز گاز در طول برج را به ترتیب با خطای میانگین 1 / / 47 و 8 / 46 درصد پیش بینی میکند. همچنین خطای مطلق پیش بینی این مدل در مقایسه با مدل ارایه شده توسط پژوهشگری دیگر برای برج جذب مشابه برای پیش بینی جز مولی کربن دی اکسید و دمای محلول آمین به ترتیب 1 / 094 و 6 / 56 کاهش یافته است. واژههای کلیدی: مدلسازی کربن دی اکسید مدل نرخ انتقال جرم جذب واکنشی -آمینو -متیل 1 -پروپانول برج جذب مقدمه حذف عاملهای اسیدی از قبیل کربن دی اکسید در مخلوطی از گازها بهویژه در گاز طبیعی بهدلیل ایجاد خوردگی یا یخزدگی در شبکه انتقال یا تجهیزات فرایندی بسیار حائز اهمیت است. جذب در فاز مایع متداولترین روش تجاری شیرینسازی گاز در پاالیشگاهها و فرایندهای شیرینسازی گاز بهویژه برای جذب گاز کربن دی اکسید است که کمترین هزینههای عملیاتی و فرایندی را بههمراه دارد ]1[. فرایندهای جذب در مایع به دو دسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم میشوند. در روش جذب فیزیکی ناخالصیهای جریان گاز از طریق ایجاد نیروهای بین مولکولی در فاز مایع حل میشوند اما در فرایند جذب شیمیایی در فاز مایع بهطور عمومی از محلولهای آلکانول آمین بهعنوان جاذب استفاده میشود. این مواد بهدلیل ارزان بودن و نیز خاصیت واکنش جذب در صنعت شیرینسازی گاز به طور گستردهای مورد استفاده قرار گرفتهاند. محلولهای آمین مورد استفاده در صنعت بهعنوان جاذب مونو 4 اتیل آمین 1 دی اتیل آمین تری اتیل آمین متیل دی اتیل آمین و -آمینو - متیل پروپانول 5 هستند که اکثر پژوهشهای انجام شده نیز با استفاده از این آمینها یا مخلوطی از آنها بوده است ][. 1. Monoethanolamine (MEA). Diethanolamine (DEA). Triethanolamine (TEA) 4. Methyldiethanolamine (MDEA) 5. -amino--methyl-1-propanol (AMP) *عهدهدار مکاتبات: sadighis@ripi.ir سال ششم شماره 4 زمستان 91 45

2 مدل فرایند جذب کربن دی اکسید در برجهای آکنده... در حال حاضر بسیاری از شبیه سازهای تجاری مورد استفاده در فرایند شیرینسازی گاز طبیعی بر اساس مدلهای تقریبی با فرضیات ساده تهیه شدهاند. اگر چه این شبیه سازها عملکرد قابل قبول و رضایت بخشی برای شیرینسازی گاز با حالل تک آمین و حاللهای خاص دارد ولی به طور یقین نمیتواند اثرات نفوذ مولکولی سینتیک و ترمودینامیک واکنشهای جذب گاز ترش را برای مخلوطی از حاللها و حتی حاللهای جدید بررسی نماید. در نتیجه برای طراحی منطقی افزایش مقیاس بهینهسازی و کنترل واحدهای شیرینسازی گاز با حاللهای ترکیبی ضروری است از مدل مبتنی بر نرخ 1 شامل تعادل ترمودینامیکی نرخ انتقال جرم و گرما و واکنشهای موجود در فرایند بهرهگیری شود. برجهای آکنده بهدلیل آنکه انتقال جرم و گرما باالیی را بین فاز گاز و مایع ایجاد میکنند بیشترین استفاده را در فرایندهای جذب دارا هستند ]1[. در نتیجه مدلسازی فرایند جذب کربن دی اکسید در آلکانوآمینها بهوسیلهی برج جذب آکنده بسیار مورد توجه پژوهشگران بوده و پژوهشهای بسیاری از جذب گازها در محلولهای آمین در مراجع ارایه شدهاند. در اولین پژوهش ارایه شده در این زمینه تریبال در سال ][ 1969 برای جذب گازها در برجهای آکنده مدلی را بر اساس موازنه جرم و انرژی ارایه داد که فقط شامل جذب فیزیکی بوده و جذب همراه با واکنش را شامل نمیشد. به منظور تکمیل این کار پاندیا ]4[ با حل معادالت همزمان جرم و انرژی در نظر گرفتن واکنشهای جذب و ایده آل فرض کردن محلول مایع و گاز مدل فرایند جذب در مونو اتیل آمین را ارایه کرد که نقطه ضعف اصلی آن عدم مقایسه نتیجههای مدل با اطالعات تجربی است. پس از آن در سال 1986 فرومنت 4 و همکارش نیز در کاری مشابه ]5[ مدلی را برای فرایند جذب کربن دی اکسید در آلکانو آمینها ارایه کردند که هدف اصلی آن برجهای آکنده تجاری بوده اما اطالعات عملیاتی برای اعتبارسنجی نتیجههای این مدل گزارش نشده است. نخستین پژوهشی که در آن نتیجههای بهدست آمده از مدل بهوسیلهی اطالعات آزمایشگاهی اعتبارسنجی شد پژوهشهای تونتیواچوتیکول ]6[ 5 است که در آن دقت مدل پاندیا در شبیهسازی سامانه جذب کربن دی اکسید در مونو اتیل آمین مورد بررسی قرار گرفت. در دیگر پژوهشهای انجام شده در این زمینه آالتیکی 6 و همکارانش در سال ]7[ 199 به مدلسازی فرایند جذب کربن دی اکسید در آمینو متیل پروپانول پرداختند که نتیجههای بهدست آمده از این پژوهش نیز اعتبار سنجی نشد. آبولدهیر 7 و همکارانش ]8[ مدل پاندیا را با فرض ثابت بودن دبی گاز و مایع در طول برج آکنده و عدم تغییر ویژگیهای فیزیکی ترکیبها با دما بهوسیلهی اطالعات تجربی منتشر شده در مراجع ]9[ مورد بررسی قرار دادند که نتیجهها مطابقت قابل قبول مدل 8 با دادههای تجربی را نشان میداد. در سال 006 گابریئلسن و همکارانش ]10[ پس از جمعآوری دادههای تجربی از برج آکنده جذب کربن دی اکسید در محلول مونو اتیل آمین مدل فرایند جذب را بر اساس حل معادالت موازنه جرم و انرژی نفوذ مولکولی اجزا گاز در مایع واکنشهای جذب و تغییر دبی مایع و گاز بر اثر تبخیر و انتقال جرم بین فازها ارایه دادند که در مقایسه با پژوهشهای مشابه خطای آن در مقایسه با دادههای آزمایشگاهی مورد قبول بوده است ]11[. مشابه با روش ارایه شده توسط گابریئلسن فرایند جذب کربن دی اکسید در مونو اتانول آمین توسط سایمون 9 و همکارانش] 1 [ گزارش شده است که میانگین خطای مدل در مقایسه با نتیجههای بهدست آمده از پایلوت قابل قبول است هرچند در این پژوهش مقایسه فقط برای نمونه برداری متغیرها از ابتدا انتها و میانه برج آکنده انجام شد. در این پژوهش نیز به منظور کاملتر نمودن فعالیتهای انجام شده در زمینه مدلسازی فرایند جذب گاز در آلکانو آمینها فرایند جذب گاز کربن دی اکسید در محلول -آمینو -متیل 1 -پروپانول بر اساس موازنه همزمان جرم و انرژی در فازهای مایع و گاز با در نظر گرفتن واکنشها و نفوذ مولکولی اجزا در دو فاز گاز و مایع مدلسازی شده است که ویژگیهای فیزیکی کلیه اجزا در طول برج با توجه به دمای فازها متغیر فرض میشود. برای تخمین این ویژگیها از بانک اطالعاتی اسپن پالس 10 استفاده شده 1. Mass Transfer Rete-Based. Treybal. Pandya 4. Froment 5. Tontiwachwuthikul 6. Alatiqi 7. Aboudhier 8. Gabrielsen 9. Simon 10. Aspen plus 46

3 صدیقی و سیف محدثی است. در نهایت نتیجههای بهدست آمده از این مدل با دادههای تجربی ]6[ و نتیجههای مدل ارایه شده توسط گابریئلسن ]10[ مقایسه شدهاند. توسعه مدل در هنگام مدلسازی فرایند جذب گاز در مایع به همراه واکنشهای شیمیایی یکی از مهمترین متغیرهایی که باید مدنظر قرار گیرد دمای گاز و مایع در طول برج است که در اصل بهدلیل جذب گاز اسیدی در داخل محلول آمین و تبخیر حالل روی میدهد. این تغییرات دمایی بهطور مستقیم روی شدت واکنشهای شیمیایی ویژگیهای فیزیکی گاز و مایع و تعادل ترمودینامیکی تأثیر دارد. مورد دیگر که در برجهای جذب آمین باید مد نظر قرار گیرند واکنشهای شیمیایی در داخل محلول است. هنگامیکه جزیی از گاز به داخل محلول نفوذ میکند بهدلیل واکنش با آمین به سرعت مصرف شده در نتیجه نیروی راننده 1 نسبت به حالتیکه واکنش وجود ندارد بسیار بیشتر است. بنابراین مدل توسعه داده شده برای این فرایند باید شامل موازنه انرژی در طول برج بوده و واکنشهای شیمیایی در فاز مایع را شامل شود. شیمی فرایند واکنشهای تعادلی جذب کربن دی اکسید در محلول آمینو متیل پروپانول که در فاز مایع انجام میشوند به صورت ذیل قابل بیان RNH نمایش داده شده است: هستند که محلول آمین به صورت H O HO OH HO HO CO HCO HCO RNH HO HO CO HO HO RNH HO RNH HCO RNHCOO گستره بار کربن دی اکسید )نسبت مولی کربن دی اکسید به مول آمین اولیه( بین 0 / 01 تا 1 در محلول آمین حضور یونهای کربن دی اکسید و هیدروکسید قابل چشمپوشی است همچنین واکنش بین کربن دی اکسید و یون هیدروکسید با گروه آمین نیز قابل چشمپوشی است در نتیجه واکنش کربن دی اکسید در محلول آمین میتواند به صورت تقریبی زیر نوشته شود: هیت ا س ث ص ضت تمطیجی شیل قت ق ز: AMPH HCO AMP CO( aq) HO مدل برج جذب بهدلیل ماهیت فرایند جذب برای توسعه مدل مورد نظر موازنه جرم و انرژی بهطور دیفرانسیلی در طول بستر برقرار میشود. مدل ارایه شده در این پژوهش بر اساس مدل توسعه داده شده توسط پاندیا ]4[ است که از نظریه فیلمی در فاز مایع و گاز استفاده کرده و شامل فرضیات زیر است: شکل 1- شکل 1 الوبى المان جشیی جزیی در در ثزج برجآک ذ آکنده جذب جذة آه آمییين 1. Driving force 47

4 مدل فرایند جذب کربن دی اکسید در برجهای آکنده... الف- مقاومت انتقال گرما در فاز مایع در برابر فاز گاز ناچیز فرض میشود. ب- واکنش در فیلم مایع بسیار سریع است. ج- مقاومت انتقال جرم برای حالل در فیلم مایع ناچیز است. د- سطح تماس ویژه برای انتقال جرم و گرما یکسان هستند. ه- از اختالط محوری صرفنظر میشود. و- برج جذب آدیاباتیک فرض میشود. ز- هر دو فاز مایع و گاز ایده آل فرض میشوند. در نتیجه با توجه به شکل 1 موازنه جرم و انرژی در طول برج آکنده به صورت گروه معادلههای دیفرانسیل زیر نوشته خواهند )1( dg A )1( ( NCO NH O) a dyco NCO aac( yco 1) NH OyCO aa C G C )( dyh O NH OaAC( yh O 1) NCO y H G d dx dx aa O C )( N A )4( HOa C CO ) aa C )5( dtg ( NH OX CO N CO G H O ] aa C )6( [ NH O( X H O 1) N CO qaa GC C )7( p,g ( NCO Cp,CO NH OCp,H O) aac( T T G dt ) C )8( p, qa A ( NCO ΔHCO NH OΔH H O) C C p, C p, شد: T G دمای که در آنها G دبی مولی گاز دبی مولی مایع A C سطح مقطع T دمای مایع a سطح ویژه انتقال جرم گاز برج جذب q فالکس انتقال گرما y جز مولی اجزا در فاز گاز X ΔH به ترتیب گرما جذب H O و H Δ CO جز مولی اجزا در فاز مایع C p ظرفیت گرمای كربن دي اكسيد در آمین و گرما چگالش آب و مولی هستند. انتقال گرما و جرم به منظور محاسبه ضریب انتقال گرما در سطح مشترک فاز گاز و مایع از آنالوژی چیلتون-کلبرن 1 استفاده میشود ]1[ که بر این اساس ضریب انتقال گرما بین فاز گاز و مایع عبارتست از: G( cp / M h kg( D w, ) ) 1 C p ظرفیت گرمای M w, وزن مولکولی فاز مایع در معادله 9 دانسیته فاز گاز λ کشش سطحی فاز مایع و D و فاز گاز G k G به ترتیب ضریب انتقال جرم و نفوذ مولکولی فاز مایع هستند. ( )9( در نتیجه شار گرمای بین فاز گاز و مایع به صورت ذیل قابل ( q h( T G T) محاسبه است: )10( شار انتقال جرم اجزا سبک بین مرز مایع و گاز نیز از عبارت زیر N K i Gi * ( p p ) i i محاسبه میشود: ض تؼبزلی جع هطث ع هیثبقس )11( K G ضریب کلی انتقال گرما در رابطه فوق N فالکس مولی p i فشار تعادلی جز مربوط است. در * p فشار جزیی در فاز گاز و ضمن اجزای فرار )i( آب و گاز کربن دی اکسید فرض شدهاند. با فرض اینکه ضریب انتقال جرم آب در فاز مایع بسیار ناچیز است KG H O k G, H O خواهیم داشت:, )1( همچنین با استفاده از نظریه الیه گاز- مایع ضریب انتقال جرم 1 K 1 k H Ek G, CO G, CO, CO کلی کربن دی اکسید وؿیس عبارتست از: ػجبضتؿت اظ: CO ث تطتیت ضطیت ا تمبل جطم زض فبظ گبظ )1( H CO ثابت هنری کربن دی اکسید E ضریب در عبارت فوق 1. Chiltion-colburn. Two-film theory 48

5 ی صدیقی و سیف محدثی k به ترتیب ضریب انتقال جرم در فاز گاز و k G و افزونی 1 و مایع هستند. در این پژوهش برای محاسبه ثابت هنری از روابط ارایه شده توسط ورستیگ و همکارانش استفاده شده است ]14[. برای محاسبه ضریب افزونی نیز از نتیجههای کسلر به شرح زیر بهرهگیری میشود ]15[: E M coth( M ) )14( D M CO k r )15( ضج ز م ث ص ضت شیل لبثل در عبارت فوق ضریب نفوذ 4 کربن دی اکسید در مایع و r نرخ واکنش است که از نوع درجه دوم به صورت زیر قابل محاسبه است: r k C )16( AMP در عبارت فوق k ثابت واکنش و C غلظت مولی آمین در AMP فاز مایع هستند. در نهایت در این پژوهش ضرایب انتقال جرم و سطح تماس k( G در یک برج کنده با استفاده از روابط k و بین فاز مایع و گاز ( ارایه شده توسط شولتز و بیلت 5 محاسبه میشوند ]16[. تعادل ترمودینامیکی فرایند جذب به منظور محاسبه فشار جزیی گاز کربن دی اکسید در محلول آمین از رابطه تعادلی محلول آمین )مایع(-گاز ارایه شده توسط گابریئلسن و همکارانش ]17[ در سال 005 استفاده میشود: p * CO K CO X CO 1 )17( X CO جز مولی کربن دی اکسید در فاز مایع و در رابطه فوق ؿجت ه ل وطثي زی اوؿیس زض θ بار 6 کربن دی اکسید است که نسبت مول کربن دی اکسید در فاز مایع به غلظت اولیه آمین )آمین ضعیف( تعریف میشود. فشار بخار آب نیز توسط معادله آنتوان 7 محاسبه میشود. K CO نیز که در سال 00 توسط پارک 8 و برای محاسبه همکارانش از ترکیب قانون هنری و ثابت تعادل شیمیایی بهدست آمده از رابطه زیر استفاده میشود ]18[: در نهایت نیز گرما جذب گاز کربن دی اکسید در محلول آمینو ::]17[ متیل پروپانول از رابطه زیر اثغ ظیط قابل لبثل محاسبه هحبؾج است اؾت HCO R( ) )19( T R در معادله فوق ثابت گاز ایده آل است. سینتیک واکنشها سینتیک جذب گاز كربن دي اكسيد در محلول آمین تاکنون مورد پژوهش دانشمندان زیادی بوده ولی هنوز نظر قطعی در مورد درجه اول یا دوم بودن این واکنش وجود ندارد ]19[. همانطور که پیش از این نیز اشاره شد در این پژوهش این واکنش درجه دوم فرض شده و ثابت واکنش آن بهصورت زیر منظور شده است ]19[: 7 k exp( / T ) )0( ویژگیهای فیزیکی ترکیبهای موجود در فرایند جذب ویژگیهای فیزیکی مورد استفاده برای مدل در جدول 1 ارایه شدهاند. در ضمن در این مقاله برای محاسبه گرمای ویژه ضریب رسانایی گرمایی گرانروی و دانسیته گاز از قانون اختالط خطی اجزا 9 استفاده شده است. ه جغ ثب ه اعالػبتی اؾپي ثب ه اعالػبتی اؾپي 1 لی اچ. اؼ. ی [] یژگی بی فیشیکی گطهبی یػ اجعای گبظی ضطیت سایت گطهبیی اجعای گبظی زا ؿیت هبیغ ه جغ ثب ه اعالػبتی اؾپي ثب ه اعالػبتی اؾپي 4 اؾى ئع وىبضاى [0] جدول 1 مرجع محاسبه ویژگیهای فیزیکی مورد نیاز برای مدل برج جذب وىبضاى [4] گطا ط ی هحل ل هبیغ 5 الی لی [1] چی وىبضاى [5] گطهبی یػ هبیغ 6 ا سا وىبضاى [] یژگی بی فیشیکی گطا ط ی اجعای گبظ زا ؿیت اجعا گبظی وكف ؾغحی هبیغ ضطیت ف ش وطثي زی اوؿیس ؾغح یػ آو 1. i & HSU. Henni. Chiu 4. Vasquez 5. ai & i 6. Onda ln KCO T T )18( 1. Enhancement factor. Versteeg. Cussler 4. Diffusion coefficient 5. Billet & Schultes 6. oading 7. Antoine 8. Park 9. inear Mixing Rule 49

6 ی ب ی ب مدل فرایند جذب کربن دی اکسید در برجهای آکنده... پیادهسازی و حل معادلههای فرایند جذب برای حل دستگاه معادلههای جبری و دیفرانسیلی حاکم بر سامانه جذب آمین )معادلههای 1 تا 19( از نرم افزار مطلب 1 نسخه 010 استفاده شده و با توجه به اینکه معادلههای دیفرانسیلی این فرایند از نوع مقدار مرزی است از فرمان bvp5c موجود در جعبه ابزار نرم افزار مطلب بهره گرفته شده است. مقادیر مرزی معادلهها جز مولی اجزا دبی و دمای جریانهای مایع و گاز ورودی هستند که به ترتیب از باال و پایین به طور متقابل وارد برج جذب میشوند. بحث و نتیجه گیری نتیجههای شبیهسازی با مدل ارایه شده در این پژوهش برای برج جذب کربن دی اکسید توسط محلول -آمین -متیل پروپانول با نتیجههای آزمایشگاهی که توسط تونتیواچوتیکول و همکارانش ]6[ در مقیاس پایلوت انجام شده اعتبار سنجی شده است. همچنین دقت مدل با نتیجههای مدل ارایه شده توسط گابریئلسن ]10[ مقایسه شده است. مشخصات برج شرایط ورودی گاز و محلول آمین در جدولهای و ارایه شدهاند. متغیرهای قابل اندازه گیری در این برج پروفایل جز مولی کربن دی اکسید در گاز بار و دمای محلول آمین در طول برج هستند. مدل ارایه شده باید بتواند بهعنوان یک نرم افزار کاربردی جهت طراحی و کنترل عاملهای عملیاتی برج متغیرهای مورد نظر را با دقت باال محاسبه کند. در شکلهای و تغییرهای کربن دی اکسید در فاز گاز و دمای فاز مایع در طول برج که به وسیلهی مدل بهدست آمده در برابر اطالعات تجربی مقایسه شدهاند. نتیجهها نشان میدهد که مدل بهطور قابل قبولی قادر به شبیهسازی تغییرهای این متغیرهاست. در جدول 4 خطای میانگین مطلق 4 بین نتیجههای بهدست آمده از مدل ارایه شده در این پژوهش با اطالعات تجربی و مدل گابریئلسن ارایه شده است. نتیجهها نشان میدهند که خطای بهدست آمده از این مدل در پیش بینی جز مولی کربن دی اکسید در فاز گاز و دمای محلول آمین به ترتیب 8 / 46 و / 47 درصد هستند که بسیار کمتر از خطای مدل گابریئلسن )4 / و 8( / 0 هستند. دلیل اصلی این افزایش در دقت مدل لحاظ کردن تغییرات ویژگیهای خواص فیزیکی گاز با دما بوده است که در هر نقطه از برج با توجه به شرایط عملیاتی از بانک اطالعاتی نرم افزار اسپن استخراج شده است. جذ ل - هشخصبت بزج جذة آهیي هقذار 0 / 1 6 / 55 Ceramic Berl Saddles 7( 1 / هیلیهتط( هشخص لغط ثطج )هتط( اضتفبع آو )هتط( ع آو جذ ل - جدول شزایط شرایط ورودی ر دی گاز وگبس محلول آمین هحل ل آهیي هقذار 0 / / زضج ؾب تیگطاز 101 / ذغبی هسل گبثطیئلؿي [6] جدول مشخصات برج جذب آمین ز یث ز یث ذغبی هسل زض ایي پػ ف 8 /46 /4 هشخص گبظ )ه ل ثط ثب ی ( هحل ل آهیي )هتط هىؼت ثط ؾبػت( زهبی گبظ هبیغ غلظت آهیي )ویل ه ل ثط هتط هىؼت( فكبض )ویل پبؾىبل( جدول 4 مقایسه نتیجههای بهدست آمده از مدل با دادههای آزمایشگاهی و مدل ب دست آهذ اس گابریئلسن هذل بب داد آسهبیشگ /47 1 / 8 /0 /15 جع ه لی وطثي زی اوؿیس زض فبظ گبظ زهبی ثبض هحل ل آهیي وطثي زی اوؿیس زض هحل ل آهیي 1. Matlab. Boundary value problem. Counter current 4. Average absolute deviation 50

7 صدیقی و سیف محدثی ارتفاع )متر( بار آمین دارد اما خطای مدل در قسمتهای انتهایی برج کمی افزایش یافته است. با مراجعه به جدول 4 این موضوع روشن میشود که خطای این مدل از مدل ارایه شده توسط گاربئلسن بیشتر است که علت آن میتواند تفاوت در روش محاسبه ضریب افزونی بین دو مدل باشد. در روش گابریئلسن برای محاسبه ضریب افزونی از نتیجههای کرولن و هافتیجر ]7[ استفاده شده که روشی پیچیدهتر برای محاسبه ضریب افزونی است. با این حال روش استفاده شده در این پژوهش در نهایت سادگی خطای قابل قبولی را برای محاسبه بار آمین نتیجه میدهد. جز مولی کربن دی اکسید در گاز شکل پروفایل تغییر جز مولی کربن دی اکسید در فاز گاز نسبت به طول برج جذب ارتفاع )متر( ارتفاع )متر( بار کربن دی اکسید در محلول آمین شکل ز فبیل پروفایل تغییر تغییزات ببر دمای کزبي محلول دیآمین اکسیذ )فازدر مایع( هحل ل نسبت به آهیي طول دربرج ط ل جذب دمای محلول آمین ]C [ پز فبیل تغییزات دهبی هحل ل آهیي )فبس هبیع( در ط ل ب شکل پروفایل تغییر دمای محلول آمین )فاز مایع( نسبت به طول برج جذب مقایسه نتیجههای بهدست آمده از بار کربن دی اکسید در محلول آمین توسط مدل ارایه شده در این مقاله و اطالعات تجربی در شکل 4 ارایه شده است. نتیجهها حاکی از آن است که نتیجههای مدل دقت قابل قبولی در پیش بینی پروفایل تغییرات نتیجهگیری در این پژوهش با توجه به اهمیت حذف کربن دی اکسید از جریانهای گازی و نیاز به مدلی دقیق برای افزایش مقیاس طراحی و کنترل فرایند جذب در برج آمین مدلی اساسی بر مبنای موازنه جرم و انرژی و شدت انتقال جرم و گرما در فرایند جذب کربن دی اکسید در محلول -آمینو -متیل 1 -پروپانول ارایه شده است. در این مدل حاللیت کربن دی اکسید در محلول آمین تغییرهای دما در طول برج تغییرهای ویژگیهای فیزیکی اجزا با دما و واکنش کربن دی اکسید در محلول آمین و ضریب فزونی واکنش 51

8 مدل فرایند جذب کربن دی اکسید در برجهای آکنده... لحاظ شده است. مقایسه نتیجههای بهدست آمده با اطالعات آزمایشگاهی برج جذب در مقیاس پایلوت نشان میدهد که مدل قادر است تغییرهای بار آمین پروفایل دمای آمین و جز مولی کربن دی اکسید در فاز گاز در طول برج را با خطای میانگین / 47 1 / و 8 / 46 درصد پیش بینی کند. همچنین نتیجههای آن در مقایسه با مدلی ارایه شده توسط پژوهشگری دیگر برای برج جذب مشابه خطای کمتری را نشان میدهد. روش ارایه شده در این پژوهش به طور مشابه برای دیگر آلکانو آمینها نیز قابل استفاده است. مراجع [1] Tan,.S.; Shariff, A.M.; au, K.K.; Bustam, M.A.; J. Industrial and Engineering Chemistry, 18, , 01. [] Wu, S.H.; Caparanga, A.R.; eron, R.B.; i, M.H.; J. Experimental Thermal and Fluid Science, In Press, 01, expthermflusci ) [] Treybal, E.; J. Industrial & Engineering Chemistry. 61(7), 6-41, [4] Pandya, J.D.; J. Chemical Engineering Communication, 19, 4-61, 198. [5] Froment, G.; Deleye,.; J. Computers & Chemical Engineering, 10, ,1986. [6] Tontiwachwuthikul, P.; Meisen, A.; im, J.; J. Chemical Engineering Science, 47(), 81-90, 199. [7] Alatiqi, I.; Sabri, M.; Bouhamra, W.; Alper, E.; J. Gas Sep Purification, 8, -11, 199. [8] Aboudheir, A.; Tontiwachwuthikul, P.; Idem, R.; J. Ind. Eng. Chem. Res. 45, , 006. [9] Aroonwilas, A.; "High Efficiency Structured Packing for CO Absorber Using -Amino- -methyl-1-propanol (AMP)", M.Sc. Thesis University of Regina, Canada, [10] Gabrielsen, J.; Michelsen, M.; Stenby, E.; Kontogeorgis, G.; J. AIChE, 5(10), , 006. [11] Gabrielsen, J.; Svendsenb, H.; Michelsen, M.; Stenbya, E.; Kontogeorgis, G.; J. Chem Eng Sci., 6, 97 41, 007. [1] Simon,..; Elias, Y.; J. Chemical Engineering Research and Design, 89, , 011. [1] Bird, R.B.; Stewart, W.E.; ightfoot, E.N.; "Transport Phenomena", John Wiley & Sons, Inc., New jersey, 00. [14] Versteeg, G.F.; Van-Dijck,.; Van-Swaaij, W.; J. Chem. Eng. Commun., 144, , [15] Cussler, E..; "Diffusion-Mass Transfer in Fluid Systems", rd edition, Cambridge University Press, Cambridge, 00. [16] Billet, R.; Schultes, M.; J. Chem. Eng. Res. Des., 77, , [17] Gabrielsen, J.; Michelsen, M.; Stenby, E.; Kontogeorgis, G.; J. Ind. Eng. Chem. Res., 44, 48-54, 005. [18] Park, S.; ee, K.; Hyun, J.; Kim, S.; J. Ind. Eng. Chem. Res., 41, , 00. [19] Saha, A.K.; Bandyopahdyay, S.; Biswas, A.; J. Chem. Eng. Sci., 50, , [0] Vazquez, G.; Alvarez, E.; Navaza, J.; Rendo, R.; Romero, E.; J. Chem. Eng. Data. 4, 57-59, [1] i, M.; ai, M.; J. Chem. Eng. Data, 40, , [] Onda, K.; Takeuchi, H.; Okumoto, Y.; J. Chem. Eng. Jpn., 1, 56-6, [] Hsu, C.; i, M.; J. Chem. Eng. Data 4, , [4] Henni, A.; Hromek, J.; Tontiwachwuthikul, P.; Chakma, A.; J. Chem. Eng. Data., 48, , 00. [5] Chiu,.F.; iu, H.F.; i, M.H.; J. Chem. Eng. Data, 44, 61-66, [6] Afkhamipour, M.; Khorrami, Z.; Ggolizadeh, A.; "Rate-based Modeling for CO Absorption into AMP Solution in a Random Packed Column", nd International Conference on Chemistry and Chemical Engineering IPCBEE, 14, 011. [7] Krevelen, D.; Hoftijzer, P.; Part I. General Theory., Rec. Trav. Chim., 67, ,

9 JARC Rate Based Modeling of Carbon-Dioxide Absorbtion Process in Packed Bed Columns Using -Amino -Methyl Propanol S. Sadighi 1, * and R. Seif-Mohaddecy 1. Ph.D, Department of Reaction Engineering, Catalysis and Nanotechnology Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran. MSc, Department of Reaction Engineering, Catalysis and Nanotechnology Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran Recieved: November 01, Revised: December 01, Accepted: December 01 Abstract: This contribution proposes the modeling and validating results of a CO packed bed absorber operating with -Amino -Methyl Propanol (AMP). The rate-base model presented in this work considers mass transfer, heat of absorption and evaporation, solubility of CO inside the amin solution, absortion reaction, enhancement facror, thermodynamic equilibrium, and mass diffusion resistances in gas and liquid interface. All differential and algebric equations of the mathematical model are implemented in the MATAB program, and they are solved nemerically as a boundary value problem using the corresponding MATAB function. Then, the proposed model is validated against both the experimental and modeling results gathered from the literature. The results obtained by the presented model in this research are in good agreement with the pilot plant data, and it can predict the mole fraction of CO in gas phase, liquid temperature and CO loading with the AAD% of 8.46,.47 and 1., respectively. Moreover, in comparison with the results of the other proposed model in the literature, the AAD% of the predicted CO mole fraction in the gas phase and temperatue of the liquid decrease to the extent of 1.094% and 5.56%, respectively. Keywords: Modeling, Carbon-dioxide, Rate-based model, Reactive Absorbtion, AMP *Corresponding author sadighis@ripi.ir Journal of Applied Researches in Chemistry 87