دانلود پایان نامه ارشد : مدل جدید تراوایی برای غشاهای ماتریس آمیخته پرشده بانو ذرات تراوا

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد

عنوان : مدل جدید  تراوایی برای  غشاهای ماتریس آمیخته پرشده بانو ذرات تراوا

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

 

پایان نامه

مقطع کارشناسی ارشد

عنوان : مدل جدید  تراوایی برای  غشاهای ماتریس آمیخته پرشده بانو ذرات تراوا

استاد راهنما : جناب آقای دکتر امیدخواه

 

پاییز 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

غشاهای ماتریس آمیخته با هدف بهره گیری از خواص مطلوب پلیمرها یعنی فرایندپذیری بالا ، هزینه تولید کم و مقاومت مکانیکی بالا و خواص مطلوب غشاهای معدنی مانند پایداری مناسب و قابلیت بالای جداسازی الک مولکولی ساخته شدند.با این وجود تماس ضعیف پلیمر و فاز معدنی در غشاهای ماتریس آمیخته تاثیر بسیاری بر عملکرد این غشاها دارد.در این پژوهش ، خواص پرکننده های مختلف مورد استفاده در غشاهای ماتریس آمیخته و نواقص سطحی ایجاد شده اطراف ذرات معدنی بررسی شده است. مدل های ارائه شده برای پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته  بررسی شده است و عملکرد این مدل ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته ی پرشده با نانو ذرات تراوا و نقش افزایش کسر حجم آزاد بخشی از پلیمر بر عملکرد غشاها و تاثیر آن بر میزان تراوایی گازهای مختلف بررسی شده است و نحوه محاسبه تراوایی گازهای مختلف در این لایه مورد بررسی قرار گرفته است.از مدل های تماس ایده آل برای برای پیش بینی تراوایی در غشاها استفاده شده است ؛ سپس با در نظر گرفتن نقش پدیده ی افزایش کسر حجم آزاد بخشی از پلیمر ، از مدل های دو فازی برای پیش بینی تراوایی در این غشاها استفاده شده و با استفاده از تئوری فوجیتا مدل جدیدی برای محاسبه تراوایی ارائه شده است. مدل های استفاده شده در این پژوهش در مقایسه با داده های آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده که مدل های دو فازی مانند مکسول اصلاح شده ، بروگمن اصلاح شده ، فلسک و فلسک اصلاح شده عملکر بهتری نسبت به مدل های ایده آل مانند مکسول ، بروگمن ، لوییس نلسن و پال دارند . همچنین مدل جدید ارائه شده برتری عمیقی نسبت به مدل های تماس ایده ال و دوفازی دارد.

 

کلید واژه: غشای ماتریس آمیخته ، تراوایی، مدلاسیون تراوش ، کسر حجم آزاد  ، پرکننده تراوا

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                              صفحه

 

فصل اول   1

1.1مقدمه ای بر غشاهای جداسازی گاز    2

1.2غشاهای ماتریس آمیخته          4

1.3تاثیر پرکننده های معدنی برعملکرد جداسازی گاز توسط غشاهای ماتریس آمیخته         6

1.4پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته    8

1.5اهداف پژوهش                                                                                                                                                                                                                                                                                             10

2ادبیات و پیشینه پژوهش    12

تاثیر پر کننده های معدنی بر عملکرد جداسازی غشاهای ماتریس آمیخته  13

2.1غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با میکروذرات معدنی تراوا 13

2.1.1پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با میکروذرات معدنی تراوا 16

2.1.2مدل های پیش بینی تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته تماس ایده آل                                                                                                                         17

2.1.3مدل های پیش بینی تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته تماس غیرایده آل 31

2.1.4مقایسه مدل هایی اراائه شده برای تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی تراوا 55

2.2غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با نانوذرات معدنی غیرتراوا 57

2.2.1مدل های تراوش برای غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی ناتراوا 61

2.2.2مقایسه مدل هایی ارائه شده  برای تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی نا تراوا 67

2.3غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با نانوذرات معدنی  تراوا 68

2.4تاثیر افزودن نانوذرات معدنی تراوا  بر کسر حجم آزاد پلیمر    73

2.5مدل های تراوش برای غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی تراوا                         76

3روش پژوهش         79

3.1کلیات روش پژوهش 80

3.2انتخاب داده های تجربی  تراوایی     83

3.3مدل های تماس ایده آل پر کننده –پلیمر             86

3.4مدل های تماس غیرایده آل پر کننده –پلیمر             87

3.5ارائه روش جدیدی برای محاسبه تراوایی لایه میانی                        94

3.6اعتبار سنجی و مقایسه ی عملکرد مدل های استفاده شده  96

4نتایج پژوهش         97

4.1بررسی رفتار MMMs پرشده با نانو MOFs  98

4.2اعتبار سنجی مدل های استفاده شده برای محاسبه تراوایی در MMMsپر شده با نانو MOFs  104

4.3اصلاح ضرایب ثابت مدل فوجیتا  121

4.4تاثیر تراوایی لایه میانی بر عملکرد مدل فوجیتا                  122

4.5بررسی علل خطاهای به جود آمده در پیش بینی تراوایی      124

4.6مقایسه یافته های پژوهش با نتایج دیگر پژوهشگران     127

4.7پیش بینی تراوایی در MMMs پرشده با نانو MOFs جدید   127

5نتایج پژوهش           129

5.1جمع بندی 130

5.2نتیجه گیری                                                                                                                                                                                                                                                                                                        131

5.3پیشنهادات       132

6پیوست       133

6.1منابع     134

6.2نتایج مربوط به تراوایی پیش بینی شده در مقابل داده های تجربی      140

Abstract   149

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                                              صفحه

شکل 1-1 نمایش کران بالا برای جداسازی H2/N2  5

شکل 1-2 نمایش مورفولوژی غیر ایده آل در غشای ماتریس آمیخته  14

شکل2-2 استفاده از شکل اصلاح شده ای 2 مرحله ای معادله مکسول  33

شکل3-2 طرح کلی مدل اصلاح شده دو فازی و سه فازی مکسول  37

شکل4-2مقایسه داده های تجربی با پیش بینی های از مدل ماکسول  40

شکل 5-2،    در مقابل   برای مقادیر متفاوت   47

شکل 6-2    در مقابل   برای مقادیر متفاوت                                                    48

شکل7-2 طرح کلی مدل اصلاح شده دو فازی پال  51

شکل8-2 طرح کلی مدل اصلاح شده دو فازی بروگمن برای ذرات تراوش ناپذیر  64

شکل9-2 طرح کلی مدل اصلاح شده سه فازی بروگمن برای ذرات تراوش ناپذیر  66

شکل(1-4) تاثیر افزایش بارگذاری ذرات بر عملکرد تراوایی گازهای مختلف    103

شکل(2-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 1  107

شکل(3-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 2   109

شکل(4-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 3  111

شکل(5-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 4 114

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                              صفحه

جدول 1-1 استفاده ی صنعتی غشاهای جداسازی گاز  4

جدول1-2 خلاصه ای از تاثیر پدیده های نواقص سطحی ایجاد شده بر عملکرد غشاهای ماتریس آمیخته  14

جدول 2-2 مقایسه اشکال مختلف معادله مکسول  23

جدول3-2 مقایسه مقادیر پیش بینی شده توسط مکسول و داده های آزمایشگاهی[35] 32

جدول4-2  بهترین مقادیر بدست آمده برای β و  برای پیش بینی با استفاده از مدل های چند فازی   41

جدول 5-2 نواقص سطحی ایجاد شده و  پارامترهای مورد نیاز برای توصیف انتقال از آن ها 46

جدول6-2 خلاصه مدل های پیش بینی تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های تراوا 52

جدول 7-2 مقایسه انحراف از معیار مدل های پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته  56

جدول(2-3) مقایسه داده های آزمایشگاهی با پیش بینی مدل مکسول برای سیستم های مختلف    81

جدول (3-3) خواص سیستم های مورد استفاده برای پیش بینی تراوایی   84

جدول (4-3) خواص انتقال گاز از میان چند غشای معدنی MOF  85

جدول(5-3) پارامترهای مورد استفاده در مکسول اصلاح شده برای پیش بینی تراوایی در  MMM   89

جدول(6-3) پارامترهای مورد استفاده در بروگمن اصلاح شده برای پیش بینی تراوایی در  MMM   91

جدول(8-3) پارامترهای مورد استفاده در فلسک اصلاح شده برای پیش بینی تراوایی در  MMM   93

جدول(9-3) پارامترهای مورد استفاده در مدل فلسک با استفاده از FFV برای پیش بینی تراوایی در  MMM   95

جدول (1-4)  میانگین انحراف از معیار مدل هایی تماس ایده آل در سیستم های مختلف    104

جدول (3-4)  انحراف از معیار گازهای مختلف نسبت به داده های آزمایشگاهی در دو مدل بروگمن اصلاح شده و فلسک    116

جدول (6-4)  تراوایی گازهای مختلف در لایه میانی با استفاده از تئوری فوجیتا و نسبت آن با تراوایی پلیمر خالص     120

جدول (1-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گازهای CH4  140

جدول (3-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گاز   H2  141

جدول (4-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گاز   N2  141

جدول (5-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گاز   CO2  142

جدول (6-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 2 برای گازهای CH4  142

جدول (7-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 2 برای گازهای CH4  143

جدول (8-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 2 برای گازهای N2  143

جدول (9-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 2 برای گازهای O2  144

جدول (10-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 3 برای گازهای CO2  144

جدول (11-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 3 برای گازهای H2  145

جدول (12-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 3 برای گازهای N2  145

جدول (12-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 4 برای گازهای CH4  146

جدول (12-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 4 برای گازهای CO2  146

جدول (12-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 4 برای گازهای H2  147

جدول (12-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 4 برای گازهای N2  147

جدول (12-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 4 برای گازهای O2  148

1.1         مقدمه ای بر غشاهای جداسازی گاز

جداسازی یک یا چند گاز از مخلوطهای پیچیده گازی در بیشتر صنایع اهمیت دارد . در حال حاضر این جداسازی ها به صورت تجاری توسط فرایندهای تبرید ، جذب با تناوب فشار (PSA) و جداسازی توسط غشاها صورت میگیرد که هر یک از این فرایند ها با توجه به  شرایط عملیاتی خاص خود ، نوع ، شکل ، اندازه و حجم گاز نافذ مزایا و معایبی دارد .[1]

اولین مشاهدات علمی انجام شده در زمینه جداسازی گازها توسط میشل[1] در سال 1831 بوده است. با این حال توماس گراهام شیمیدان اسکاتلندی سهم قابل توجهی در بیان انتشار گازها و مایعات دارد. تقریبا همزمان با همان موضوع فیک فیزیولوژیست برجسته فرضیه مفهوم انتشار و قانون اول فیک را با مطالعه انتقال گاز از نیتروسلولوز فرموله کرد.[1, 2]

امروزه غشاهای جداسازی گاز در بسیاری از فرایندهای جداسازی از جمله جداسازی نیتروژن ، هیدروژن ، اکسیژن و گاز طبیعی (جهت جداسازی دی اکسید کربن ، آب زدایی و تنظیم نقطه شبنم) جداسازی بخار-بخار و آب زدایی از هوا  استفاده می شود .[3] ویژگی های خاص و مزایای فرایندهای غشایی را می توان به شرح زیر گزارش کرد :[1]

  • سادگی در عملیات ، راه اندازی و نصب تجهیزات
  • سرمایه پایین مورد نیاز و پایین بودن مصرف انرژی و عدم نیاز به تجهیزات گران قیمت مانند کمپرسور (که در فرایند تبرید از آن استفاده می شود )
  • اقتصادی بودن و انعطاف پذیری بالا حتی در سیستم هایی با ظرفیت بالا
  • عدم نیاز به فضای زیاد و سیستم های کمکی
  • قابلیت استفاده در شرایط دما و فشار معمولی
  • قابلیت استفاده به صورت عملیات پیوسته[2]
  • سادگی در استفاده همزمان با دیگر فرایندهای جداسازی

رشد سریع در تکنولوژی غشاها به ویژه برای جداسازی گاز از اوایل سال 1960 آغاز شد. [2] این غشاها امروزه به طور گسترده ای در صنایع شیمیایی و در کاربردهای پزشکی استفاده می شود . [3]

فرایندهای جداسازی گاز توسط غشاها که تکنولوژی در حال ظهور[3] است در مقیاس صنعتی از اواخر دهه ی هفتاد و هنگامی که Prism® معرفی شد مطرح شده است.با این حال استفاده از تکنولوژی غشاها برای جداسازی گاز به شدت گسترش یافته و استفاده از آن ها در بسیاری از کاربردهای صنعتی معمول شده است. تفاوت استفاده از غشاها و سایر فرایندها در حدود 250 میلیون دلار در سال در برخی از فرایندها است.[2]

دو پارامتر مهم برای توصیف عملکرد جداسازی غشاها را میتوان تراوایی[4] و گزینش پذیری[5] دانست. تراوایی عمدتا ظرفیت یک غشا برای قدرت تراوش خوانده میشود ، تراوایی بالا نشان دهنده ی یک غشا با توان بالاست . اما این توان بالا بی فایده است مگر انکه با گزینش پذیری خوب و پتانسیل اقتصادی مقرون به صرفه همراه باشد . از سوی دیگر یک غشا با گزینش پذیری کم سطح در دسترس زیادی لازم دارد که همین عامل میتوان موجب غیر جذاب شدن غشا گردد. [4]

کاربردهای صنعتی بسیاری از غشاها در جدول 1-1 آمده است . همچنین برنامه های کاربردی مهمتری نیز در حال بررسی میباشد

تعداد صفحه : 162

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید