مدل سازی سینتیکی فرآیندهای تبلور به شیوه ضد حلال فوق بحرانی
Abstract
تبلور یکی از قدیمی ترین و مهم ترین فرایندهای عملیات واحد است که به صورت گسترده در صنایع شیمیایی نظیر خالص سازی، جدا سازی و یا دیگر مراحل تولید مورد استفاده قرار گرفته تا بلورهایی با کیفیت بسیار بالا تولید شوند. درکنار روش های گوناگون ایجاد فوق اشباعیت نظیر خنک کنندگی و تبخیر، افزودن ضد حلال به صورت مایع، گاز متراکم یا سیال فوق بحرانی به عنوان روش جایگزین در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش یک حلال ثانویه که به عنوان ضد حلال یا رسوب-دهنده شناخته می شود، به محلول اضافه شده و متعاقب آن انحلال پذیری حل شونده را در حلال اولیه کاهش داده و فوق اشباعیت ایجاد می گردد. در این تحقیق، سیستم تبلور ضدحلال فوق بحرانی شامل فنانترن به عنوان حل شونده، تولوئن به عنوان حلال اولیه و دی اکسیدکربن فوق بحرانی به عنوان ضد حلال در نظر گرفته شده است. در ابتدا با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود در منابع، رابطه ای تجربی برای میزان حلالیت فنانترن در سیستم دی اکسید کربن و تولوئن به دست آمده و بدین طریق رابطه ای بین میزان انحلال پذیری فنانترن برای تعیین فوق اشباعیت با تغییر در فشار سیستم (تزریق ضدحلال)، محاسبه شده است. سپس، مدل سازی سینتیکی مربوط به سیستم تبلور ضد حلال فوق بحرانی با استفاده از روش موازنه ی جمعیت صورت گرفته است. مدل های موازنه ی جمعیت که سینتیک های هسته زایی اولیه، هسته زایی ثانویه و رشد بلور را توصیف کرده در فرآیند تبلور ضد حلال فوق بحرانی و گازی نستباً پیچیده بوده و اغلب به صورت دیفرانسیل جزئی– انتگرالی می باشد. یک الگوریتم عددی قوی به صورت ترکیبی از روش های کرنک نیکلسون و لکس وندراف برای حل مدل موازنه ی جمعیت در این تحقیق در نظر گرفته شده است. الگوریتم شبیه سازی با تغییر در عوامل موثر فرایندی نظیر نرخ افزایش ضد حلال با ایجاد تغییر در فشار سیستم و نرخ فوق اشباعیت انجام شده است. شبیه سازی ها در دمای عملکرد ?c40 و تغییرات فشار بین 34/0 تا 63/5 مگاپاسکال انجام شده است. با محاسبه میزان فوق اشباعیت، میزان هسته زایی و رشد بلور، و نتیجتا توزیع اندازه ذرات و متوسط طول ذرات با انجام حل عددی برای معادله موازنه جمعیت به روش گسسته سازی تعیین گردیدند.