واژگان کلیدی:رطوبت زدایی، تری اتیلن گلایکول، غشاء الیاف توخالی، پلی وینلیدن فلوراید، پلی پروپیلن، کامسولفهرست مطالب عنوان صفحهفصل اول: مقدمه ......... 21-1- گاز طبیعی و رطوبت زدایی از آن............ 21-2- مشکلات ناشی از حضور بخارات آب در گاز طبیعی31-3- انواع روشهای نم زدایی از گاز طبیعی....... 31-3-1- جذب در مایع بوسیله مایعات جاذب رطوبت.. 41-3-2- جذب آب توسط مواد جامد جاذب رطوبت...... 71-3-2-1- سیلیکاژل.......................... 101-3-2-2- موبیل سوربید...................... 101-3-2-3- آلومینای فعال..................... 111-3-2-4- بوکسیت فعال....................... 111-3-2-5- غربال مولکولی..................... 121-2- فرآیندهای غشائی......................... 161-2-1- معرفی تکنولوژی غشاء.................. 161-2-2- مکانیسم جداسازی غشائی................ 171-2-3- تقسیم بندی غشاءها.................... 181-2-3-1- تقسيمبنديبراساسجنسغشاء.......... 181-2-3-2- تقسیم بندی بر اساس ساختار غشاء.... 221-2-3-3- تقسیم بندی براساس شکل هندسی غشاء.. 23فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته ............... 282-1- تاریخچه استفاده از روشهای متداول برای رطوبت زدایی از گاز با استفاده از مایعات جاذب...................... 282-2- تاریخچه استفاده از غشای الیاف تو خالی برای رطوبت زدایی از گاز............................................ 30فصل سوم:روش انجام کار......................... 333-1- روش انجام آزمایشات........................ 333-1-1- مایع جاذب رطوبت........................ 333-1-2- آزمایشات............................... 353-1-2-1- شرح واحد آزمایشگاهی رطوبتزدایی از هوا353-1-2-2- شرح انجام آزمایش................... 423-1-3- استخراج نتایج.......................... 443-2- روش شبیه سازی با استفاده از نرم افزار COMSOL453-2-1- معادلات حاکم............................ 473-2-1-1- معادلات غلظت در درون الیاف غشائی (فاز مایع)483-2-1-2- معادلات غلظت در غشاء................ 503-2-1-3- معادلات غلظت در پوسته (فاز گاز)..... 503-2-2- حلالیت بخار آب در محلول تری اتیلن گلایکول523-2-3- ضرایب نفوذ آب.......................... 553-2-3-1- ضریب نفوذ آب در هوا................ 553-2-3-2- ضریب نفوذ آب در محلول تری اتیلن گلایکول553-2-3-3- ضریب نفوذ آب در غشاء در حالت کاملاً خشک563-2-3-4- ضریب نفوذ آب در غشاء در حالت تر شوندگی کامل 573-2-4- حل عددی معادلات شبیه سازی............... 583-3- روش مدل سازی با استفاده فرض پلاگ........... 593-3-1- معادلات حاکم............................ 593-3-1-1- معادله غلظت در درون الیاف غشائی (فاز مایع) 593-3-1-2- معادلات غلظت در غشاء............... 613-3-1-3- معادلات غلظت در پوسته (فاز گاز).... 613-3-2- حل عددی معادلات......................... 62فصل چهارم: بحث و نتایج......................... 654-1- معرفی پارامترهای مورد بررسی در فرآیند جذب بخارات آب و بررسی تأثیر آنها.................................. 664-1-1- تأثیر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی....... 664-1-1-1- اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی.............. 664-1-1-2- اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر میزان شار انتقال جرم بخار آب.................................. 694-1-2- تأثیر دبی جریان هوا.................... 714-1-2-1- اثر دبی جریان هوا بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی.......................... 714-1-2-2- اثر دبی جریان هوا بر میزان شار انتقال جرم بخار آب 734-1-3- تأثیر دبی جریان مایع................... 754-1-3-1- اثر دبی جریان مایع بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی.......................... 754-1-3-2- اثر دبی جریان هوا بر میزان شار انتقال جرم بخار آب 764-1-4- تأثیر غلظت تری اتیلن گلایکول............ 784-1-4-1- اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی................ 784-1-4-2- اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر میزان شار انتقال جرم بخار آب....................................... 804-1-5- تأثیر جهت جریان........................ 814-1-5-1- اثر جهت جریان بر بازده حذف بخارات آب824-1-5-2- اثر جهت جریان بر دمای نقطه شبنم هوای خروجی83فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادات................ 855-1- نتیجه گیری................................ 855-2- پیشنهادات................................. 86 فهرست جدول ها عنوان صفحه جدول 1- 1: مشخصات انواع گلایکول ها............. 6جدول 1- 2: مقایسه ظرفیت جذب انواع مواد خشک کننده در برابر هوای مرطوب........................................ 11جدول 1- 3: خواص انواع غربال های مولکولی...... 14جدول 1- 4: خواص فیزیکی انواع مواد خشک کننده تجاری 15جدول 1- 5: مقایسه انواع مختلفی از غشاءها..... 23جدول 3- 1: ویژگیهای تری اتیلن گلایکول شرکت فرسا شیمی 34جدول 3- 2: چگالی و لزجت تری اتیلن گلایکول در دمای اتاق 34جدول 3- 3: مشخصات تماس دهندههای غشائی........ 39جدول 3- 4: ضرایب رابطه ناکانیشی برای محاسبه ضریب نفوذ در مایعات............................................. 56 فهرست شکل ها عنوان صفحه شکل 1- 1: گازهای سریع و کند بر اساس مقاومت در برابر حرکتشان 17شکل 1- 2: عملکرد غشاء مایع................... 19شکل 1- 3: غشاء سرامیکی....................... 21شکل 1- 4: غشاء فلزی.......................... 22شکل 1- 5: نمونه ای از مدولهای غشائی.......... 24شکل 1- 6: نمائی از ماژول غشای الیاف تو خالی.. 26شکل 3- 1: شماتیک فرآیندی رطوبت زدایی از گاز با استفاده از محلول تری اتیلن گلایکول، در تماس دهنده غشای الیاف توخالی 36شکل 3- 2: کمپرسور هوا........................ 37شکل 3- 3: مرطوب ساز.......................... 37شکل 3- 4: (a) ماژول شماره 1 (b) ماژول شماره 239شکل 3- 5: رطوبت سنج دیجیتالی مدل TH-300........ 40شکل 3- 6: پمپ گردش سیال جاذب................. 41شکل 3- 7: خطی سازی نمودار دبی تری اتیلن گلایکول در مقابل دور موتور........................................ 41شکل 3- 8: روند به حالت پایا رسیدن سیستم...... 43شکل 3- 9: جریان موازی در تماس دهنده غشائی الیاف توخالی 46شکل 3- 10: (1) حالت تر شوندگی کامل غشاء (2) حالت کاملاً خشک غشاء............................................. 46شکل 3- 11: سطح مقطع تماس دهنده غشائی الیاف توخالی و تقریب به صورت سطح مقطع دایره ای شکل................... 47شکل 3- 12: نواحی مختلف تماس دهنده در شبیه سازی51شکل 3- 13: ضریب نفوذ برای مخلوط دو جزئی بخار آب و هوا 55شکل 3- 14: مشبندی جهت حل با استفاده از روش المان محدود 58شکل 3- 15: الگوریتم حل برنامه................ 63شکل 4- 1: اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر بازده (ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه)........ 67شکل 4- 2: اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر بازده (ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه)........ 67شکل 4- 3: تغییرات دمای نقطه شبنم هوای خروجی با درصد رطوبت نسبی هوای ورودی (ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه)............................................. 68شکل 4- 4: تغییرات دمای نقطه شبنم هوای خروجی با درصد رطوبت نسبی هوای ورودی (ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه)............................................. 69شکل 4- 5: اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر میزان شار انتقال جرم بخار آب (ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه) 70شکل 4- 6: اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر میزان شار انتقال جرم بخار آب (ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه) 71شکل 4- 7: اثر دبی جریان گاز بر بازده و دمای نقطه شبنم هوای خروجی ( ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه )............................................ 72شکل 4- 8: اثر دبی جریان گاز بر بازده و دمای نقطه شبنم هوای خروجی ( ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه )............................................ 73شکل 4- 9: اثر دبی جریان گاز بر میزان شار انتقال جرم بخار آب ( ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه )............................................. 74شکل 4- 10: اثر دبی جریان گاز بر میزان شار انتقال جرم بخار آب ( ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه )............................................. 74شکل 4- 11: اثر دبی جریان مایع بر بازده و دمای نقطه شبنم هوای خروجی ( ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان گاز: 1000 میلی لیتر بر دقیقه )............................................ 75شکل 4- 12: اثر دبی جریان مایع بر بازده و دمای نقطه شبنم هوای خروجی ( ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان گاز: 1000 میلی لیتر بر دقیقه )............................................ 76شکل 4- 13: اثر دبی جریان مایع بر میزان شار انتقال جرم بخار آب ( ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان گاز: 1000 میلی لیتر بر دقیقه ) 77شکل 4- 14: اثر دبی جریان مایع بر میزان شار انتقال جرم بخار آب ( ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان گاز: 1000 میلی لیتر بر دقیقه ) 78شکل 4- 15: اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر بازده و دمای نقطه شبنم هوای خروجی (ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه)............................................. 79شکل 4- 16: اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر بازده و دمای نقطه شبنم هوای خروجی (ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه)............................................. 79شکل 4- 17: اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر میزان شار انتقال جرم بخار آب (ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه) 80شکل 4- 18: اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر میزان شار انتقال جرم بخار آب (ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دبی جریان گاز :1000 میلی لیتر بر دقیقه، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه)81شکل 4- 19: اثر جهت جریان بر بازده در دبی های مختلف گاز ( ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه ) 82شکل 4- 20: اثر جهت جریان بر بازده در دبی های مختلف گاز ( ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه ) 82شکل 4- 21: اثر جهت جریان بر دمای نقطه شبنم هوای خروجی در دبی های مختلف گاز ( ماژول (1)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه )...................................... 83شکل 4- 22: اثر جهت جریان بر دمای نقطه شبنم هوای خروجی در دبی های مختلف گاز ( ماژول (2)، دمای محیط، فشار اتمسفریک، دمای نقطه شبنم هوای ورودی: 24 درجه سانتی گراد، دبی جریان مایع: 9 میلی لیتر بر دقیقه )...................................... 83 1-1- گاز طبیعی و رطوبت زدایی از آن گاز طبیعی یکی از مهمترین منابع اولیه انرژی است. مخازن گازی بزرگی در دهههای اخیر کشف شدهاند و امید به کشف مخازن گازی بیشتر، بسیار روشن است. گاز طبیعی موجود در مخازن زیرزمینی تحت شرایط دمایی و فشاری خاص، درکنار نفت و آب قرار دارد. از این جهت گاز طبیعی ممکن است مقداری ناخالصی شامل دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن، بخار آب و ... به همراه خود داشته باشد[1].گاز طبیعی برای این که بتواند به مصرف خانگی و صنعتی برسد، باید طی چند مرحله در پالایشگاهها تصفیه شود و ناخالصی آن گرفته شود، میزان این ناخالصیها بایستی در حد استاندارد خط لوله یا فروش باشد. از مهم ترین مراحل تصفیهی گاز طبیعی، جذب گازهای اسیدی از گاز در صورت دارا بودن این ترکیبات و نم زدایی[1] است.نم زدایی یا رطوبت زدایی یکی از مراحل پالایش گاز طبیعی است. پس از تفکیک نفت از گاز، مقداری آب آزاد همراه با گاز طبیعی وجود دارد. که بیشتر آن توسط روشهای جداسازی ساده در سر چاه یا در نزدیکی آن از گاز جدا میشود. در حالی که بخار آب موجود در محلول گاز میبایست طی فرآیندی بسیار پیچیده تحت عنوان نم زدایی و یا رطوبت زدایی از گاز طبیعی تفکیک گردند. آب شایدیکیازناخالصیهایناخواستهمشتركتمامگازهایطبیعیاست. معمولاًبخارآببهتنهاییباعثبروزمشکلچندانینمیشود،اینمادهبصورتمایعیاجامددرحالتتراکمویا خنکشدنازگازجداشدهوایجادمشکلمینماید. اگر دمای دیواره لوله انتقال یا مخازن نگهداری گاز طبیعی تا به زیر دمای نقطه شبنم[2] گاز کاهش یابد، بخارات آب موجود در گاز طبیعی شروع به میعان شدن بر روی سطح سرد لوله میکنند که مشکلات زیر را در بر خواهد داشت[2]: 1-3- انواع روشهای نم زدایی از گاز طبیعی[3-6] انتخاب روش نم زدایی بستگی به شرایط گاز (اجزای تشکیل دهنده و فشار و دما و دبی) و میزان نیاز به نم زدایی دارد. مقدار آب موجود در گاز را میتوان با نقطه شبنم گاز در فشار و دمای مورد نظر مشخص کرد. کاهش نقطه شبنم گاز، نشانگر مقدار آبی است که در فرآیند نم زدایی از گاز جدا میشود. روشهای مختلف نم زدایی عبارتند از: