گروهی از پژوهشگران ایرانی با شبیه‌سازی مدل ریاضی، موفق به ارائه مدلی ریاضی جهت پیش بینی انتقال دی اکسید کربن از میان غشاهای نانومتخلخل در فرآیند دفع گاز شدند.
شبیه‌سازی مدل ریاضی غشاهای نانومتخلخل در فرآیند دفع گاز
گروهی از پژوهشگران ایرانی با شبیه‌سازی مدل ریاضی، موفق به ارائه مدلی جهت پیش‌بینی انتقال دی‌اکسید کربن از میان غشاهای نانومتخلخل در فرآیند دفع گاز شدند. در فرآیندهای غشایی، مدلسازی از اهمیت بسزایی برخوردار است و مدل مناسب کمک فراوانی به طراحی فرآیند می‌کند.
فعالیت اصلی این گروه در زمینه ساخت و شبیه‌سازی غشاهای جداسازی گازها و مایعات است و هدف اصلی این گروه، تجاری‌سازی غشاها در فرآیندهای جداسازی است و این طرح در راستای رسیدن به این برنامه بزرگ بوده است.
در این کار تحقیقاتی به ارائه مدلی جهت شبیه‌سازی جداسازی دی اکسید کربن به‌وسیله‌ی غشاهای نانومتخلخل پرداخته شده است. مدل ارائه شده دو بعدی بوده و قادر به پیش بینی رفتار غشا است. مدل ارائه شده با استفاده از روش‌های عددی مناسب و نرم افزار رایانه‌ای حل شده و توزیع غلظت و فشار در غشا از یافته‌های اصلی این مدل هستند که قادر به تعیین آن است.
دکتر اعظم مرجانی استادیار دانشکده شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک به عنوان یکی از اعضای این گروه تحقیقاتی گفت: «هدف این کار ارائه مدلی ریاضی جهت پیش بینی انتقال دی اکسید کربن از میان غشاهای نانومتخلخل در فرآیند دفع گاز است. فرآیند دفع گاز بر خلاف جذب گاز عمل می‌کند و در آن گاز جذب شده در ستون جذب بازیافت می‌گردد که منجر به احیای مجدد جاذب گشته و دوباره به چرخه جذب بر می‌گردد. در فرآیندهای غشایی، مدلسازی از اهمیت بسزایی برخوردار است و مدل مناسب کمک فراوانی به طراحی فرآیند می‌کند.»
وی افزود: «این تحقیق در سه مرحله عمده صورت گرفته است. در مرحله اول مطالعات بنیادین بر روی کلیه مدل‌های موجود در زمینه پیش بینی رفتار غشاهای نانوساختار در جداسازی گازها و مایعات صورت گرفت و مزایا و معایب هرکدام از مدل‌ها استخراج گردید. در مرحله دوم مدل مناسبی ارائه گردید که مزیت‌های مدل‌های قبلی را دارا بوده و معایب آنها را نیز تاحدودی کاهش می‌داد. این مدل برای سیستم مورد نظر و با شرایط خاص آن توسعه داده شد. در مرحله نهایی مدل ارائه شده با استفاده از روش عددی حل گردید و با داده‌های تجربی مقایسه گردید تا دقت مدل تعیین گردد.»
غشای درنظر گرفته شده از نوع غشاهای تماس دهنده است که دارای حفرات نانومتخلخل است. انتقال دی اکسید کربن از حفرات غشا که در ابعاد نانوهستند در این کار صورت گرفته است. در تماس دهنده‌های غشایی دو فاز گاز و مایع در حفرات غشا با یکدیگر تماس داده می‌شوند و عملیات انتقال جرم و جداسازی بین دو فاز سیال انجام می‌گیرد. جنس غشا مشخص‌کننده فصل مشترک بین دو سیال است. مکانیزم‌های نفوذ مولکولی و نادسن از مکانیزم‌های قالب در این نوع تماس دهنده‌های غشایی هستند که درنظر گرفته شده‌اند.
مرجانی در مورد نتایج این تحقیقات نیز افزود: «نتایج حل عددی مدل منجر به تعیین توزیع غلظت و فشار جزء منتقل شونده (دی اکسید کربن) از حفرات غشاهای نانومتخلخل است. داشتن مدل مناسب موجب طراحی دقیق سیستم جداسازی و بهینه‌سازی فرآیند جداسازی می‌گردد. نتایج نشان دادند که تغییر سرعت فازهای گاز و مایع در تماس دهنده نقش بسیار مهمی در بازدهی جداسازی دارد به‌طوریکه در سرعت‌های پائین فاز خوراک میزان جداسازی بیشتری حاصل گردید.»
جداسازی و جذب دی اکسید کربن عمدتاً در صنعت پالایش گاز طبیعی کاربرد دارد. نتایج این طرح می‌تواند در طراحی واحدهای غشایی برای دفع دی اکسید کربن از محلول آمینی در صنعت گاز مورد استفاده قرار گیرد.
نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر اعظم مرجانی از دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، مهندس مهدی قدیری (فارغ التحصیل کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی از دانشگاه علم و صنعت ایران) و مهندس سعید شیرازیان (دانشجوی دکتری تخصصی مهندسی شیمی از دانشگاه علم و صنعت ایران) صورت گرفته است، در مجله
International Journal of Greenhouse Gas Control (جلد ۱۳، مارس سال ۲۰۱۳، صفحات ۱ الی ۸) منتشر شده است.
