شماره راهنما :
1428 دكتري
پديد آورنده :
مقامي، سعيد
عنوان :
مدلسازي اثر دما و فشار عملياتي بر ويژگي هاي جداسازي غشاهاي پليمري و زمينه مركب و شناسايي ماهيت فاز مياني تشكيل شده در آن ها
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
[بيست]، 160 ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
ارجمند مهرباني زين آباد، مرتضي صادقي
توصيفگر ها :
مدل سازي رياضي , دما , فشار , تراوايي , نفوذپذيري , حلاليت , غشاهاي پليمري , غشاهاي زمينه مركب , ريخت شناسي فاز مياني
استاد داور :
احمد محب، عليرضا خزعلي، مهدي پورافشاري چنار، مرتضي اصغري
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/05/28
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/06/02
چكيده فارسي :
1 چکیده در شکرایط عملیاتی تغییرات دما و فشکار اجتناب ناپذیر میباشکد با توجه به وابسکتگی دمایی تحرک زنجیره پلیمر و همچنین اثرات نرم ک ک ک ک شدگی مربوط به ح ضور نفوذکنندهها در زمینه پلیمری برر سی ویژگیهای جدا سازی غ شاها در دماها و ف شارهای عملیاتی مختلف مورد نیاز ا ست از آنجایی که اندازهگیری ویژگیهای جدا سازی غ شاها در طیف گ ستردهای از شرایط زمانبر و هزینهبر ا ست برآورد عملکرد جدا سازی آنها بر ا ساس دادههای تجربی موجود ارز شمند ا ست به منظور طراحی و بهینه سازی یک فرآیند غ شایی در این ر ساله برای نخ ستین مرتبه مدلهایی تو سعه داده شد که با طراحی حداقل آزمایشها میتوان به طور همزمان پیش بینی اثر دما و ف شار عملیاتی بر رفتار تراوایی نفوذپذیری و حاللیت غ شاهای پلیمری ال ستیکی شی شهای و زمینه مرکب را انجام داد اعتبار سنجی مدلهای تو سعه داده شده با اسککتفاده از دادههای تراوایی مخلوط گازی 2 CO و 2 N در بازه دمایی 51 تا 55 درجه سککلسککیوس و محدوده فشککاری 2 تا 5 اتمسککفر مورد ارزیابی قرار گرفت عالوه بر این به وسککیله مدل های پیشککنهادی وابسککتگی دمایی و فشککاری ویژگیهای جداسککازی پلیمرهای شککیشککهای و الستیکی و همچنین غشاهای زمینه مرکب با استفاده از دادههای آزمایشگاهی منتشر شده برای گازهای مختلف شامل O2 CO2 H2 He 2 CH4 N و 8 C3H بررسی شد پیش بینیهای مربوط به 111 داده آزمایشگاهی نشان میدهد که خطای بیشینه برابر 1 5 بود الزمه پیش بینی اثر دما و ف شار عملیاتی بر ماهیت فاز میانی موجود در غ شاهای زمینه مرکب شنا سایی کمی و کیفی این فاز ا ست که ساختار و ویژگیهای آن میتواند به طور چ شمگیری از زمینه پلیمری متفاوت با شد ت شکیل این فاز عالوه بر اثرات ناخوا ستهای که روی ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی غشا میگذارد میتواند به طورمستقیم روی تراوایی و گزینشپذیری آن نیز اثرگذار باشد در این رساله به منظور د ستیابی به یک بینش در ست در مورد ماهیت فاز میانی ت شکیل شده در غ شاهای زمینه مرکب راهکارهای مختلفی با برر سی رفتار تراوش گاز در دستور کار قرار گرفت استفاده از مدلهای پیش بینی کننده آرمانی و مقایسه آن با دادههای آزمایشگاهی راهکاری ابتدایی برای رسککیدن به این هدف در نظر گرفته شککد اگرچه این مدلها پیش بینی مناسککبی از ویژگیهای جداسککازی غشککاهای زمینه مرکب ارائه نمیدهند اما براساس پیش بینیهای آنها نوع نواقص بین فازی تشکیل شده قابل تشخیص است اسککتفاده از مدلهای پیش بینی کننده غیر آرمانی با ارائه یک رویکرد جدید از مدلسککازی راهکار دیگری برای پیش بینی ماهیت فاز میانی اسککت این پیش بینی نه تنها وابسککته به ضککخامت در نظر گرفته شککده به فاز میانی اسککت بلکه به طور چشککمگیری متاثر از الگوریتم مدلسازی مورد استفاده است در این رساله الگوریتمی توسعه داده شد که ضخامت موثر فاز میانی بر اساس یافتههای شبیه سازی دینامیک مولکولی و مونت کارلو اندازه و جز حجمی ذرات ارزیابی میشود عالوه بر این تراوایی موثر غشاهای زمینه مرکب بدون نیاز به ارزیابی تراوایی ذرات و ماهیت فاز میانی تنها با تعیین مقدار بهینه یک مؤلفه کاهش یافته تراوایی در محدوده 5 1 تا 1 پیش بینی میشود بر اساس روش پیشکنهادی مشکخصکههای شکبه فاز توزیع شکونده شکامل مؤلفه تصکحیح کننده تراوایی فاز میانی و مؤلفه کاهش تراوایی ذرات متاثر از انسککداد به سککادگی از خط کانتور متناظر مؤلفههای مورد اشککاره تعیین میشککود مقایسککه بین پیش بینیها و دادههای آزمایشککگاهی تراوایی مربوط به 71 غ شای زمینه مرکب مختلف ن شان می دهد که دقت مدل ماک سول بهبود یافته بر ا ساس روش مدل سازی تو سعه داده شده برای 19 دادههای آزمایشگاهی بیش از 59 میباشد این درحالی است که بیشترین خطا 1 8 میباشد در این رساله یک روش جدید جهت مشخصهیابی کمی ماهیت فاز میانی تشکیل شده در آمیزههای پلیمر ذره با بررسی رفتار تراوش گاز از درون آنها توسکعه داده شکد این روش قابلیت تعیین نوع ریخت شکناسکی ضکخامت و تراوایی موثر فاز میانی و اندازه ذرات کلوخه شککده را در صککورت تجمع آنها دارد بکارگیری روش پشککنهادی با اسککتفاده از مدل ماکسککول بهبودیافته ضککخامتهای 75 16 15 و 15 آنگسککتروم و ترکیب مدلهای ماکسککول و EMT ضککخامتهای 45 16 84 و 14 آنگسککتروم را به ترتیب برای فاز میانی تشکککیل شککده در غشکککاهای 2 PESSiOS2 PESSi10 PESSi و 01 PESSiOS نتیجه می دهند مقایسکککه نتایج حاصکککل از دو مدل نشکککان میدهد که نه تنها سازگاری خوبی بین آنها وجود دارد بلکه در تایید نتایج آزمون پراش پرتو ایکس با زاویه کوچک SAXS که به ترتیب ضخامتهای 6 56 2 26 11 24 و 2 15 آنگسکتروم را نتیجه میدهد میباشکند به عبارت دیگر سکازگاری بین نتایج بیانگر حسکاسکیت کم نتایج به کک ک ک ک مدل پیش بینی کننده غیرآرمانی مورد اسک
چكيده انگليسي :
161 Abstract Due to the temperature dependency of polymer chain mobility as well as plasticizationeffects related to the presence of penetrants into the polymer matrix investigation oftransport properties of prepared membranes at different operational temperatures andpressures is required As measurement of transport properties of membranes over a widerange of conditions is time consuming and costly an estimation of their separationperformance based on existing experimental data is valuable In order to design and optimizea membrane process in this research some new models were developed in which botheffects of temperature and pressure are simultaneously considered on transport properties ofpolymeric and mixed matrix membranes MMMs containing glassy and rubbery polymers The validity of the proposed model was investigated by using permeation coefficients ofCO2 and N2 in a binary mixture through 6FDA DAM at different temperatures in the rangeof 35 55 and in the feed pressure range from 2 to 5 atm Besides from data taken fromthe literature the proposed model was validated by the prediction of temperature andpressure dependency of transport properties of glassy and rubbery polymers as well asMMMs for different gas molecules including He H2 CO2 O2 N2 CH4 and C4H10 Predictions corresponding to 300 data points revealed that the maximum average absoluterelative error was 5 1 Characterization of interfacial morphology in MMMs is requisite estimation oftemperature and pressure effects on its properties Formation of this phase can directlyinfluence on membrane permeability and selectivity in addition to unwanted effects on theirmechanical physical properties In this research for achieving a correct insight about the roleand nature of interfacial morphologies on the performance of MMMs some new techniquesmainly in terms of mathematical modeling were developed Applying ideal permeation predictive models is the first approach Although ideal modelsoften failed in predicting MMMs performance these models can provide guidelines fordiscernment of the types of formed interfacial morphology like current methods incharacterization Furthermore a new modeling approach was proposed in which effectiveinterface thickness is evaluated based on findings of molecular dynamics and Monte Carlosimulations as well as particle size and loading data Moreover effective permeability of theMMMs is predicted with no need to evaluate the permeability of the particles and the typeof interfacial morphology by only adjusting the reduced permeability factor in the range of 0 5 to 1 On the basis of the proposed modeling approach characteristic parameters ofencapsulated particles by interfacial layer and can be simply determined from thecorresponding contour line of and for the description of permeability through it Thecomparison between the predictions and the reported experimental permeability data of 17series of the MMMs confirmed that the accuracy of the modified Maxwell model based onthe proposed modeling approach is more than 95 for more than 90 of the predictions while the maximum average absolute relative error AARE is 8 3 In this research a new method was developed based on gas permeation test forcharacterization of interfacial morphology including the type of polymer particle interaction thickness and transport properties of the interface and the size of aggregates in the case ofparticle aggregation The proposed method was evaluated by comparing its results with thefindings of the small angle X ray scattering SAXS analysis for PES based MMMscontaining pristine and modified silica nanoparticles Applying the proposed method by modified Maxwell model results the interfacial layerthicknesses of 57 61 51 and 50 Angstrom for the membranes of PESSi2 PESSi10 PESSiOS2 and PESSiOS10 respectively and EMT Maxwell model outcomes 54 61 48and 40 Angstrom respectively Comparing the results of the models reveals that not onlythere is a compatibility between them but also confirme
استاد راهنما :
ارجمند مهرباني زين آباد، مرتضي صادقي
استاد داور :
احمد محب، عليرضا خزعلي، مهدي پورافشاري چنار، مرتضي اصغري
