دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس سمیه نوروزبهاری ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ،بیست و دوم اردیبهشت ماه 1395 ، از رساله خود با عنوان « مدل‏سازی و شبیه‏سازی جذب واکنشی دی اکسید کربن » با راهنمایی دکتر شاهرخ شاه حسینی و دکتر احد قائمی دفاع نمودند.

چکیده

 افزایش انتشار گازهای گلخانه­ای به ویژه دی اکسید کربن (CO₂)، جداسازی آن­را به منظور کاهش اثرات پدیده­ی گرمایش زمین، الزامی ساخته است؛ همچنین، جداسازی CO₂ از جریان گاز طبیعی، اهمیت بالایی دارد. از بین روش­های مختلف جداسازی، با توجه به ویژگی­های گاز دودکش (حجم بالا و فشار پایین)، همچنان جذب شیمیایی CO₂ به عنوان روشی بالغ و کارآمد با بازدهی بالا، در نظر گرفته می­شود. در این رساله، مدل­سازی و شبیه­سازی مبتنی بر سرعت دینامیکی غیر تعادلی و اصلاح شده­، برای فرآیند جذب واکنشی CO₂ در محلول­های آبی پیپرازین (PZ: C₄H₁₀N₂) انجام شده است. به این منظور، ابتدا تعدادی زیر برنامه/مدل ترمودینامیکی، سینتیکی و انتقال جرمی در نرم­افزار متلب (MATLAB) کدنویسی شده و با ایجاد یک بانک جامع از داده­های حلالیت تعادلی CO₂ در محلول­های آبی PZ، یک شبکه­ی عصبی مصنوعی با دقت بالا (%39/2=%AARD)، به منظور پیش­بینی میزان بارگذاری تعادلی CO₂، به طور مستقل توسعه یافت. از نتایج این شبکه به منظور بهبود همگرایی حل دستگاه معادلات غیرخطی حاصل از مدل ترمودینامیکی  و همبه طور مستقل در رابطه­ی توسعه یافته برای محاسبه­ی شار انتقال جرم CO₂، استفاده شده است. در بخش مدل­سازی سینتیکی و انتقال جرمی، با انجام تعدادی آزمایش­ تجربی و به کارگیری تئوری پای  باکینگهام، اعداد بی­بعد سیستم مشخص شده و روابطی جدیدی برای ثوابت سرعت واکنش­ها و شار مولی انتقال جرم CO₂ ارائه شد که نسبت به روابط قبلی موجود در منابع، دقت بالاتری داشته (% 93/2=%AARD) و علاوه بر در نظر گرفتن تمامی واکنش­هایمهم شامل CO₂، از فرض ساده کننده‌ی واکنش درجه­ی اول مجازی (P.F.O) نیز، اجتناب گردیده است. در نهایت، مدل­سازی و شبیه­سازی دینامیکی مبتنی بر سرعتمرحله­ای اصلاح شده، انجام پذیرفت که در آن روابط سینتیکی و انتقال جرمی توسعه یافته در این رساله به کار رفته و همچنین، فرض ساده کننده­ی جریان قالبی در برج پرشده (آکنده)، حذف و متعاقباً اثر اختلاط محوری در نظر گرفته شده است. مجموعه معادلات دیفرانسیل جزئی و جبری (PDAE) مدلمبتنی بر سرعت توسعه یافته، به روش عددی خطوط (MOL) حل شده و نتایج شبیه­سازی­های نهایی با استفاده از داده­های تجربی اعتبارسنجی شدند. نتایج حاصل از شبیه­سازی، اثر منفی اختلاط محوری بر عملکرد جداسازی برج را تأیید می­کند که این اثر، در مورد برج­هایپرشده در مقیاس صنعتی شدیدتر خواهد بود. نتایج اعتبار سنجی مدلمبتنی بر سرعت توسعه یافته در حالات مختلف، نشان­دهنده­ی توانمندی و دقت بالای آن (%59/6=%AARD) در پیش­بینی رفتار فرآیند است.

واژه‌های کلیدی:دی اکسید کربن، پیپرازین، جذب واکنشی، مدل­سازی مبتنی بر سرعت، شبیه­سازی.