دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
عملیات جذب سطحی از قابلیت جذب برخی از مواد در برابر جامدات استفاده می کند. بدین صورت که محلولها ( که می توانند جامد ، مایع یا گاز باشند) در برابر سطح جامدات واقع می شوند و اتمها، یونها و یا مولکولهای آنها جذب سطح جامد می شوند.
پخش نامساوی مواد اولیه بین فاز جذب شده روی سطح جامد و تودۀ سیال موجب جداسازی می شود و به نوعی نیروی محرکه این نوع جداسازی می باشد.
فرآیندهای سنتیِ جداسازی مخلوط گازهای سبک یا گازها ، شامل عملیات تقطیر بود، اما در سال های اخیر فرآیندهای غشاء یا جذب سطحی با نوسانات فشار (PSA) رقابتی اقتصادی تر بوجود آورده است. این فرآیند بر اساس تفاوت در جذب سطحی تعادلی میان سطح سطح جاذب و سیال جذب شونده انجام می شود.
در صنعت ، فرآیند جاذب سطحی برای تولید گازها ، اغلب برای عملیات بستر ثابت طراحی می شود.
مراحل اساسی فرآیند جذب سطحی به شرح زیر است :
- فاز جذب سطحی : هنگامی است که بستر به تدریج توسط مواد قابل جذب اشباع می شود و در نهایت مواد جذب نشدنی در خروجی به دست می آیند.
- فاز دفع سطحی : هنگامی است که مواد جذب شده توسط حرارت و یا کاهش فشار از بستر جدا شده و آزاد می شوند.
این فرآیند دو کاربرد عمده دارد :
- تخلیص (خالص سازی )
- جداسازی
1-1-1- خالص سازی (تخلیص) :
در این کاربرد، مواد غیر خالص از خوراک گازی خارج می شوند. مواد غیر خالص سریع تر و قوی تر جذب می شوند. برای احیاء بستر می توان از حرارت استفاده کرد. بدین شکل که یک گاز که واکنش دهنده نیست (مثل بخار) به بستر وترد می شود و موجب آزاد کردن ناخالصی ها می شود ( به این روش جذب سطحی توسط نوسانات دما یا Temperature Swing ، Adsorption : TSA می گویند) .
1-1-2- جداسازی :
هنگامی که محصول جذب شده نیز به نوعی محصول محسوب می شود ، می توان از روش جداسازی توسط جذب سطحی به همراه نوسانات فشار استفاده کرد (PSA) . به عنوان مثال می توان به جداسازی هوا ( با محصولات اکسیژن و نتیروژن) و یا تولید هیدروژن از زغال سنگ و یا جداسازی گازهای پالایش نفت اشاره کرد.
1-1-3- انواع جذب سطحی :
عمدتاً این نوع جذب سطحی برگشت پذیر می باشد و نیتجۀ نیروهای جاذبۀ بین مولکولی جامد و جذب شوند می باشد ( نیروهای واندروالسی) . این نوع جذب سطحی در دماهای پایین دیده می شود. گاهی موارد نیروهای ضعیف بر هم کنش الکترواستاتیکی هم دیده می شود. همچنین در یک جذب سطحی فیزیکی ، میزان جذب وابسته به فشار، دما و ماهیت سیستم گاز و جاذب می باشد. در این نوع جذب با کاهش فشار و یا افزایش دما، گاز جذب شده به راحتی دفع شده و از سطح جدا می شود.
این نوع جذب سطحی برگشت ناپذیر بوده و نتیجۀ فعل و انفعال شیمیایی بین جامد و جذب شونده می باشد و در دماهای بالا انجام می شود. وجود پیوندهای شیمیایی، این نوع جذب را از جذب سطحی فیزیکی متمایز می کند. در این نوع جذب ، معمولاً با دفع و جداسازی مواد اولیه جذب شده، تغییر شیمیایی در آن مشاهده می شود.
1-1-4- مقایسه میان عملیات تقطیر و جذب از دیدگاه اقتصادی
اگر چه قیمت یک فرآیند با عملیات جذب سطحی از یک فرآیند تقطیر، با تعداد مراحل تعادلی تئوری یکسان، بیشتر می باشد، اما به علت بالاتر بودن ضریب جداسازی و قابلیت دست یافتن یه یک بزرگ در عملیات جذب سطحی ، این فرآیند را توجیه اقتصادی کرده است.
ضریب جداسازی یا فرّاریت، برای مخلوط هایی دوتایی ایده آل نسبت به فشار بخارهای دو جزء موجود تعریف می شود.
که در اینجا و جزء مولی در حال تعادل جزء i در فاز جذب شده (جامد) و فاز گاز است.
از ضریب جداسازی استفاده های بیشماری می شود. مثلاً روتون (Ruthven, 1976) در پژوهشی نشان داد که :
الف- برای سیستم هایی که حجم مولکولی جزئی که قوی تر جذب می شود، کوچکتر از جزء دیگر باشد، ضریب جداسازی آن با افزایش فشار کل افزایش می یابد، یعنی افزایش فشار به جداسازی کمک می کند.
ب- برای سیستم هایی که حجم مولکولی جزئی که قوی تر جذب می شود ، بزرگتر از جزء دیگر باشد، ضریب جداسازی آن با کاهش فشار، افزایش می یابد، یعنی کمترین فشار قابل قبول ، برای عملیات جداسازی مناسب تر است.
در موارد زیر عملیات جذب سطحی نسبت به تقطیر ارجحیت دارد :
- ضریب جداسازی اجزاء کلیدی در حدود 5 یا کمتر باشد. در این مورد می توان به جداسازی ایزومرهای مختلف یک ترکیب اشاره کرد.
- جریان خوراک دارای قیمت کمی باشد. در این گونه موارد جزء جذب نشونده بیشتر خواهد بود و محصول مورد نظر غلظت بیشتر خواهد داشت.
- برای جداسازی دو گروه از اجزاء که محدودۀ جوش آنها دارای محدودۀ انطباقی (Over lap) باشد. در این موارد، حتی اگر ضریب جداسازی بزرگتر باشد، نیاز به چندین ستون تقطیر خواهد بود.
- جداسازی در دمای پایین و فشار بالا که در عملیات تبدیل گاز به مایع (Liquefaction) مورد نیاز می باشد.
- استفاده از موارد خاص که برای جداسازی مناسب است. به عنوان مثال، اگر مخلوط خوراک در فشار بالا باشد. با توجه به اینکه هزینۀ اصلی برای جذب در فرآیند نوسان فشار مربوط به کمپرسور است، هزینۀ جداسازی کاهش می یابد.
به طور کلی هزینۀ جداسازی توسط جذب سطحی معمولاً نسبت به تقطیر، در دبی های نسبتاً پایین ، کمتر می باشد، بخصوص زمانی که محصول با غلظت بالا نیاز باشد.
برای انتخاب یک فرآیند یا روش جداسازی، روش مد نظر باید دارای هزینۀ در گردش (Qperating Cost) کمی باشد. هر چقدر غلظت محصول نهایی بیشتر باشد، کار لازم برای انجام آن بیشتر خواهد بود و بالطبع هزینۀ بیشتری را در بر خواهد داشت.
عملیات تقطیر یک روش عمده و اصلی برای جداسازی می باشد که از لحاظ صنعتی با توجه به پیشرفت های تکنولوژیک و علمی در این زمینه، آن را به عنوان یک حالت استاندارد و در مقایسه با دیگر فرآیندها درآورده است. اما چنان که گفته شد، میزان بالای ضریب جداسازی جذب سطحی آن را عملی ساخته است.
عوامل و پارامترهای مؤثر بر میزان جذب سطحی (در این پایان نامه منظور از جذب سطحی، جذب سطحی فیزیکی می باشد، مگر آنکه عبارت جذب سطحی شیمیای آورده شود) عبارتند از :
کشش سطحی، حلالیت، غلظت، قطبیت مولکولی، اندازۀ و سایز مولکول ها، ساختار و ماهیت شیمیای مادۀ جاذب، دما و فشار سیستم و PH .
شامل 37 صفحه فایل word قابل ویرایش
