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

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

48

51

64

66

103

107

109

111

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

46

52

56

81

84

85

89

91

93

95

104

116

120

140

141

141

142

142

143

143

144

144

145

145

146

146

147

147

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