سینتیک جذب متان بر روی کربن فعال دارای حفرات نانومتری
چکیده
چکیده در این رساله جذب متان بر روی کربن فعال به صورت تئوری و تجربی بررسی شد. مدلسازی سینتیک جذب متان بر روی کربن فعال از طریق حل همزمان معادله های پیوستگی، انرژی و نفوذ در ذرات جاذب انجام گرفت. در یک مخزن استوانه ای برای بررسی اثر مقاومت نفوذ در میکروحفره ذرات جاذب، اثر شکل ذرات جاذب، اثر اندازه ذرات جاذب و نیز تاثیر جهت توزیع گاز در بستر چهار مدل ارائه گردید. در مدل a از معادله پیوستگی و انرژی در جهت محور مخزن، در مدل b از معادله پیوستگی و انرژی در جهت محور و نفوذ در ذرات کروی، در مدل c از معادله پیوستگی و انرژی در جهت محور و نفوذ در ذرات استوانه ای و در مدل d از معادله پیوستگی و انرژی در جهت شعاع و نفوذ در ذرات کروی به کار برده شد. رابطه تعادلی لانگمیر برای تعادل بین غلظت فاز گاز و میزان جذب در جاذب استفاده شد. معادله حالت پنگ- رابینسون برای محاسبه ضریب تراکم پذیری مورد استفاده قرار گرفت. خروجی مدل به سرعت میزان جذب گاز بدون بعد و نیز تغییرات دمای متوسط بستر بر حسب زمان ارائه شده است. روشی برای تعیین ضریب نفوذ موثر گاز در جاذب با استفاده از داده های سینتیکی ارائه شد. با استفاده از نتایج مدل مشاهده شد که مقاومت نفوذ در حفره تاثیر زیادی در سینتیک جذب در مواد میکروحفره دارد و در مدلسازی سیستم جذب نباید از آن صرفنظر شود. برای تعیین برخی پارامترهای مورد نیاز در مدل از قبیل ثوابت لانگمیر و نیز ضریب نفوذ موثر و همچنین برای تائید نتایج مدلسازی، دستگاه جذب متان طراحی و ساخته شد. این سیستم آزمایشگاهی قادر به اندازه گیری و ثبت اطلاعات دما و فشار مخزن جذب و مخزن بارگیری با دقت بسیار بالایی است. 6 نمونه کربن فعال در شکل های کروی و استوانه ای و نیز در اندازه های مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. برای هر نمونه اطلاعات تعادلی و سینتیکی جذب نظیر ضریب نفوذ موثر و ثوابت لانگمیر تعیین گردید. از این مقادیر به عنوان اطلاعات ورودی مدل استفاده شد و نتایج حاصل از مدل و داده های تجربی با هم مقایسه شده و تطبیق بسیار خوبی مشاهده گردید. با استفاده از نتایج مدل و آزمایش مشاهده شد که ذرات کروی و استوانه ای با قطر کوچکتر دارای سرعت جذب بیشتر و نیز تغییر دمای بیشتری در بستر هستند. طول ذرات استوانه ای تاثیر زیادی در سینتیک جذب ندارد. ذرات کروی نسبت به استوانه ای دارای سرعت جذب بیشتری هستند. با مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی و آزمایش های توزیع محوری و شعاعی گاز در بستر مشاهده شد که اگر گاز در مرکز مخزن و در جهت شعاع توزیع یابد موجب بهبود رفتار سینتیکی جذب می گردد بطوریکه زمان پر شدن و تغییر دمای سیستم که یکی از مشکلات سیستم های ذخیره سازی گاز به روش جذب بر روی محیط متخلخل است را تا 50 % کاهش می دهد.
