مدلسازی و شبیه سازی تراوش گاز در غشاهای بهبود یافته پلیمری با نانو ذرات

مدلسازی انتقال گاز در غشاها به منظور آشنایی با پارامترهای تاثیرگذار و درک بهتر پدیده نفوذ اجزا از غشا انجام می شود.

در این پژوهش مدلسازی عبور گاز از غشای پلیمری خالص و بستر آمیخته PDMS 4A به صورت یک بعدی و در جهت عرض غشا انجام شده است.

ابتدا معادلات حاکم برای عبور گاز از عرض غشاهای پلیمری و زئولیتی نوشته شده، سپس معادلات حاکم با بسته نرم افزاری COMSOL حل شده است. برای مدلسازی غشای پلیمری، مدلی بر پایه قانون فیک و برای مدلسازی غشای زئولیتی، مدل بر پایه معادلات استفان-ماکسول بیان شده است.

برای بررسی تاثیر حضور نانو ذرات زئولیت در تراوایی غشا، مدلسازی تراوایی گازهای خالص دی اکسیدکربن، متان و پروپان در فشارهای 2 تا 7 بار و نانو زئولیت 4A با بارگذاری های 10، 20، 30، 40 و 50 درصد وزنی صورت پذیرفته و با داده های تجربی مقایسه شده اند.

به منظور مدلسازی غشاهای بستر آمیخته، مدل های ماکسول، لوئیس نیلسون، ماکسول بهبود یافته، فلسک و مدل فلسک بهبود یافته مورد استفاده قرار گرفته است. تاثیر افزایش فشار بر روی تراوایی گازهای دی اکسید کربن، متان و پروپان در پلیمر خالص بررسی گردیده است.

خطای شبیه سازی برای تراوایی دی اکسیدکربن و متان کمتر از 3 0درصد و برای گاز پروپان برای فشارهای کمتر از 5 بار، خطای کمتر از 2 درصد به دست آمد.

در غشاهای بستر آمیخته مدل های فلسک، فلسک بهبود یافته و مدل ماکسول بهبود یافته در حالت پلیمر سخت شده برای گاز دی اکسیدکربن تا بارگذاری 40 و برای متان تا بارگذاری 30 درصد وزنی، خطای کمتر از 10 درصد و برای گاز پروپان در بارگذاری های تا 20 درصد وزنی خطای کمتر از 5 درصد به دست آمده است.

در بارگذاری های بالا، تنها مدل ماکسول بهبود یافته بهترین مدل برای پیش بینی تراوایی گازهای دی اکسیدکربن، متان و پروپان در غشای بستر آمیخته PDMS 4A بوده است.

اساتید راهنما: دکتر علی وطنی، دکتر تورج محمدی

سال انتشار: اردیبهشت 1393