کاربرد جذب سطحی با تناوب فشار در جداسازی اکسیژن و نیتروژن از هوا

در سال های اخیر کاربرد فرآیندهای جذب سطحی چرخه ای در تولید اکسیژن و نیتروژن از هوا به طور جدی مورد توجه قرار گرفته است و توسط محققان دنبال می شوند. فرآیند جذب سطحی تناوب فشار (psa) امروزه در حوزه ی وسیعی از فرآیندها کاملاً شناخته شده است و در مقـایسـه با سایر روش های متداول جداسازی به خصوص برای مقیاس محصول پایین تر و درجه خلوص بالاتر ترجیح داده می شود، لذا تلاش های زیادی در جهت رشد و توسعه ی آن در دست اقدام می باشد. کارایی یک سیستم psa بر اساس پارامترهای مشخصه ی آن یعنی خلوص و بازیابی محصول و همچنین هزینه های کلی سنجیده می شود که عموماً این معیارها ارجحیت فرآیند psa را بر سایر فرآیندهای جداسازی تأیید می کنند. کـار تحقیقاتی جـاری متشکل از سه بخش اصلـی: 1- بخش مطالعات و شبیه سازی های عددی، 2- بخش انجام آزمایش های تولید نیتروژن از هوا و 3- تحقیق، مطالعات و بررسی اثر زئولیت 5a و زئولیت 13x در تولید اکسیژن از هوا می باشد. هدف اصلی این پروژه راه اندازی و انجام آزمایش های مربوط به پایلوت و بخش تجربی بوده است، لذا در این پایان نامه به این بخش توجه بیشتری شده است. به منظور تحقق بخش آزمایشگاهی، یک واحد نیمه صنعتی شامل چهار بستر جذب به طول 76 سانتی متر، قطر داخلی 274/4 سانتی متر و قطر خارجی 83/4 سانتی متر و همچنین مجهز به سیستم های کنترل و آنالیز جریان های خوراک و محصول در دانشگاه خلیج فارس بوشهر راه اندازی گردید. در این تحقیق، به منظور بررسی عملکرد واحد psa جداسازی نیتروژن از هوا با استفاده از جاذب کربن غربال مولکولی، یک سیکل 6 مرحلـه ای شامل مراحل فشار زنی با خوراک، جذب، معادل سازی فشار به فشار کمتر، تخلیه، زدایش و معادل سازی فشار به فشار بیشتر با یک سیکل skarstrom مورد مقایسه قرار گرفت. آزمایش ها به گونه ای طراحی شدند تا اثر تغییرات فشار مرحله ی جذب، میزان شدت جریان زدایش، زمان مرحله ی جذب، تعداد مراحل و همچنین شدت جریان خوراک ورودی بر عملکرد واحد مذکور مطالعه شوند. با توجه به اطلاعات موجود در منابع، فشار عملیات در محدوده ی 5/5 تا 10 بار در نظر گرفته شد. به منظور بررسی بهتر نتایج تجربی، مدل سازی این فرآیند نیز با استفاده از مدل جریان قالبی پراکنده- محوری، مدل هم دمای جذب سطحی لانگمویر- فرندلیچ سه جزئی و مدل نیروی محرکه خطی صورت گرفته است و در نهایت معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر فرآیند توسط نرم افزار matlab® و روش تفاضل محدود ضمنی حل گردیدند و نتایج تئوری و تجربی ارائه شدند. مقایسه نتایج به دست آمده مطابقت خوبی را با نتایج موجود در منابع نشان داده است.