مدل سازی و شبیه سازی غشاء پالادیم-نقره بر پایه سرامیکی برای جداسازی مخلوط گازی

استفاده از تکنولوژی غشایی یکی از مناسب ترین روش ها برای فرآیند های جداسازی از جمله برای جداسازی گازها می باشد. جداسازی مخلوط گازها با هدف استحصال یک یا چند جزء از مخلوط انجام می گیرد که کاربردهای زیادی در مقیاس آزمایشگاهی و در مقیاس صنعتی دارد. استفاده از غشاها برای جداسازی گازها نسبت به دیگر روش های جداسازی گازها مانند جذب، جذب سطحی و عملیات برودتی مزایای فراوانی دارد، از جمله: مصرف انرژی کمتر، انجام جداسازی بدون نیاز به مصرف مواد شیمیایی، انجام جداسازی در دمای محیط، حجم و وزن کم تجهیزات جداسازی، نصب و عملیات ساده، حداقل نیاز به کنترل، بازرسی و تعمیر و نگهداری، سهولت دستیابی و امکان استفاده از فازهای جداشده، انعطاف پذیری بالای فرآیند. این مزایای غشاها باعث کاربرد زیاد و رو به گسترش غشاها شده است. با توجه به وقت و هزینه های زیاد مطالعات آزمایشگاهی، دینامیک سیالات محاسباتی (computational fluid dynamic) می تواند پیش بینی خوبی از رفتار سیال بدون انجام آزمایش داشته باشد. در این پژوهش، فرآیند جداسازی مخلوط گازی هیدروژن و نیتروژن توسط غشاء پالادیم-نقره بر پایه سرامیکی در یک مدول لوله ای توسط نرم افزارcomsol multiyphysics شبیه سازی شده است. این فرآیند به وسیله مدل انتقال جرم جابجایی و نفوذ مدل سازی شده است. با توجه به تطابق قابل قبول نتایج حاصل از شبیه سازی دو بعدی متقارن محوری با نتایج شبیه سازی سه بعدی، مختصات سه بعدی را می توان به صورت مختصات دو بعدی متقارن محوری در نظر گرفت و این کار دقت نتایج را کاهش نمی دهد. در این پروژه نیز شبیه سازی به صورت دو بعدی متقارن محوری انجام شده است. به طور کلی هدف از این تحقیق بررسی اثر پارامترهای مهمی مانند فشار، کسر مولی و دبی بر فلاکس تراوش یافته و مقایسه نتایج حاصل با داده های آزمایشگاهی است. با توجه به اندازه مولکولی کوچک تر هیدروژن نسبت به نیتروژن، هیدروژن میل بیشتری برای عبور از غشاء متخلخل دارد. نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردیده و انطباق خوبی مشاهده شده است. همچنین اثر تغییر شرایط مختلف عملیاتی بر فلاکس تراوش یافته گاز هیدروژن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی معرف آن است که با افزایش فشار خوراک، کسر مولی گاز هیدروژن و دبی ورودی خوراک در سمت پوسته، فلاکس تراوش یافته گاز هیدروژن که از غشاء عبور می کند، در سمت لوله افزایش می یابد. بنابراین با توجه به زمان و هزینه کمتر محاسبات و شبیه سازی ها، استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی ابزار مناسبی جهت پیش بینی رفتار مخلوط گازی می باشد.