پ۲۷۷۶۸
per
بررسی عملکرد غشاء زئولیتی متخلخل نوع RHO در جداسازی گازها با استفاده از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی
فاطمه قاسمی
مهندسی شیمی و نفت
1401
۹۰ص.
سی دی
کارشناسی ارشد
مهندسی شیمی
۱۴۰۱/۰۶/۳۰
مولکول‌های گاز برای زندگی روزمره و فرآیندهای محیطی و غیره حیاتی هستند. فرآیندهای متکی به گرما، مانند تقطیر و جذب، بیش از 10 درصد از مصرف انرژی در جهان را به خود اختصاص می‌دهد که باعث افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلودگی جهانی می‌شود. فرآیندهای جداسازی مبتنی بر غشاء نسبت به روش‌های سنتی و متداول جداسازی جدیدتر بوده و نیازی به گرما ندارند و بنابراین یک رویکرد رقابتی برای جداسازی گاز هستند. در این پژوهش، عملکرد غشای زئولیت RHO را برای جداسازی مخلوط‌های گازی CH4/He و CH4/N2 با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی مطالعه شد. فشار اعمال شده برای مخلوط گازی CH4/He از 0 تا 8 مگاپاسکال و برای مخلوط گازی CH4/N2 از 0 تا فشار 30 مگاپاسکال اعمال شد و شبیه‌سازی در غلظت مختلف (100:100، 100:150، 100:50) از مخلوط گازها و در اندازه مختلف از ضخامت غشا انجام شد. تجزیه و تحلیل بررسی میزان نفوذپذیری، نقشه چگالی، نمد انرژی، میانگین پتانسیل نیرو و تغییرات موقعیت در راستای Z برای بررسی نتایج شبیه‌سازی و عملکرد غشا در جداسازی مخلوط‌های گازی انجام شد. مطابق با نتایج بدست آمده با افزایش فشار و کاهش ضخامت غشا تعداد مولکول‌های عبوری و میزان نفوذپذیری گازهای He و N2 از غشاء زئولیتی افزایش می‌یابد. افزایش غلظت گاز تاثیر مثبتی بر نفوذ دارد و میزان نفوذ را افزایش می‌دهد. بهترین نفوذ برای مخلوط گازی CH4/He در غشاء RHO در فشار 5/0 مگاپاسکال برابر (105 GPU) 65 برای اندازه ضخامت غشا کوچک و برای مخلوط گازی CH4/N2 در فشار 5/2 مگاپاسکال برای حالت غشا نازک‌تر برابر (105 GPU) 16 بدست آمد. مطابق با نتایج بدست آمده به علت بزرگ بودن اندازه مولکول‌های متان از اندازه حفرات غشا وارد غشا نمی‌شوند و به علت قوی بودن برهمکنش واندروالسی بین مولکول‌های گاز متان و غشا، مولکول‌های گاز در غشا جذب می‌شوند.
Gas molecules are vital to everyday life and environmental processes, etc. Heat-dependent processes, such as distillation and absorption, account for more than 10% of the world's energy consumption, increasing greenhouse gas emissions and global pollution.Membrane-based separation processes are newer than traditional and common separation methods and do not require heat and are therefore a competitive approach to gas separation.In this research, the performance of RHO zeolite membrane for the separation of CH4/He and CH4/N2 gas mixtures was studied using molecular dynamics simulation.The pressure applied to the CH4/He gas mixture was from 0 to 8 MPa and for the CH4/N2 gas mixture from 0 to 30 MPa, and the simulation was carried out at different concentrations (100:100, 100:150,100:50) of gas mixture and in different size of membrane thickness was done.The analysis of permeability rate, density map, damping energy, average force potential and position changes in the Z direction was done to check the simulation results and theperformance of the membrane in the separation of gas mixtures.According to the obtained results, increasing the pressure and decreasing the thickness of the membrane increases the number of passing molecules and the permeability of He and N2 gases from the zeolite membrane.Increasing gas concentration has a positive effect on penetration and increases the penetration rate.The best penetration for the CH4/He gas mixture in the RHO membrane at a pressure of 0.5 MPa is equal to 65 (105 GPU) for the small membrane thickness size and for the CH4/N2 gas mixture at a pressure of 2.5 MPa for a thinner membrane condition equal to 16 (105 GPU) was obtained.According to the obtained results, due to the large size of the methane molecules, they do not enter the membrane, and due to the strong van der Waals interaction between the methane gas molecules and the membrane, the gas molecules are absorbed in the membrane
Molecular dynamics simulation study on the gas separation performance of porous RHO-type zeolite membranes
قاسمی،
فاطمه
تهیه کننده
عرفان‌نیا،
عظمت،
حمید
جعفر
استاد راهنما
استاد مشاور
تبریز
