مدل‌سازي و شبيه سازي غشا پالاديم - نقره بر پايه سراميكي براي جداسازي مخلوط گازي

Modeling and Simulation of Palladium-Silver Membrane Deposited on a Ceramic Support for Gas Mixtures Separation

استفاده از تكنولوژي غشايي يكي از مناسب‌ترين روش‌ها براي فرآيند هاي جداسازي از جمله براي جداسازي گازها مي‌باشد. با توجه به وقت و هزينه هاي زياد مطالعات آزمايشگاهي، ديناميك سيالات محاسباتي مي‌تواند پيش بيني خوبي از رفتار سيال بدون انجام آزمايش داشته باشد. در اين پژوهش، فرآيند جداسازي مخلوط گازي هيدروژن و نيتروژن توسط غشا پالاديم-نقره بر پايه سراميكي در يك مدول لوله اي توسط نرم افزار COMSOL Multiyphysics شبيه سازي شده است. با توجه به اندازه مولكولي كوچك‌تر و ضريب نفوذ بيشتر هيدروژن نسبت به نيتروژن، هيدروژن ميل بيشتري براي عبور از غشا متخلخل دارد. نتايج شبيه سازي معرف آن است كه با افزايش فشار خوراك، كسر مولي گاز هيدروژن و دبي ورودي خوراك در سمت پوسته، فلاكس تراوش يافته گاز هيدروژن كه از غشا عبور مي‌كند، در سمت لوله افزايش مي‌يابد. نتايج حاصل از شبيه سازي با داده هاي آزمايشگاهي مقايسه گرديده و انطباق خوبي مشاهده شده است.

Membrane technology is one of the most widely used methods in separation processes (i.e., gas separation). Considering the time and costs spent in experimental studies, CFD could efficiently predict the fluid behavior without conducting the experiment. In this work, separation of H2/N2 gas mixture is carried out with palladium-silver membrane deposited on ceramic support, using COMSOL Multiyphysics software for simulation purposes. The findings of this work indicate that an increase in the feed pressure, hydrogen mole fraction and the feed flow rate in the shell side would lead in an enhancement of the hydrogen permeate flux crossing over the membrane in the tube side. The results also reveal that there is a good compatibility of the present findings with the experimental data.