بررسي تعادل فازي سامانه سه جزئي
نفتالين ـ تولوئن ـ کربن دي اکسيد در فرايند GAS

حسن پهلوانزاده*+، حبيبالله شيرازیزاده تهران، دانشگاه تربيت مدرس، دانشکده مهندسی شيمی

چكيده: در اين پژوهش، تعادل فازی سامانه سه جزيی نفتالين ـ تولوئن ـ کربن دی اکسيد بهوسيله دستگاه تعادلی
جامد ـ مايع ـ گاز ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت. دادههای تعادلی اين سامانه در دماهای K 51/892 و K 51/802 در بازهی فشاری 6/9 تا bar 6/51 اندازه گيری شد. دادههای بهدست آمده نشان میدهد که با افزايش فشار ، حلاليت کربن دی اکسيد در فاز مايع افزايش يافته و حلاليت نفتالين در آن کاهش میيابد. همچنين با افزايش فشار، جزء مولی حلال آلی در فاز مايع کم میشود. دادههای حلاليت با استفاده از معادله حالت سواو ـ ردليش ـ کوانگ وبا قوانين اختلاط واندروالس 5 و 8 مدلسازی شده و مولفهی تنظيم شونده اين مدل به همراه خطای آن بهدست آمد .
مشخص شد که مدل SRK-vdW2 با خطای متوسط 51/55 خطای کمتری نسبت به مدل SRK-vdW1 با خطای متوسط 15/51 دارد. همچنين با رسم نمودار دادههای تعادلی و مقايسه آن با نتيجههای بهدست آمده از مدلسازی بازهی فشاری مناسب جهت رسوب بيش از 90٪ ماده جامد حل شونده در محلول آلی پيشنهاد شد.

واژههاي كليدي: تعادل فازی؛ کربن دی اکسيد؛ حلاليت؛ معادله حالت.
KEY WORDS: Phase equilibrium; Carbon dioxide; Solubility; Equation of state.
مقدمه
يکي از روشهاي جديد و مهم در توليد ذرههاي ريز در اندازههاي مورد استفاده قرار ميگيرند ،به طور معمول دو جزئي )شامل ميکرو و نانو، استفاده از سيالهاي فوق بحراني ميباشد. استفاده از جزء سنگين جامد و حلال فوق بحراني در فرايند RESS)1(( روشهاي کلاسيک براي توليد ذرهها )ساييدن، آسياب کردن( ، و يا سه جزئي ) شامل حلال آلي، جزء جامد و ضد حلال که مشکلاتي چون توزيع نامناسب اندازه ذرات، پسماندهاي حلال فوق بحراني در فرايند GAS)2(( هستند که در آنها سيال فوق بحراني در محلول، هزينه بالا و زمان زياد فرايند را درپي داشت، سبب در تماس با جزء حل شونده و يا حلال آلي داراي جزء حل شونده توجه بيشتري به فناوري سيالهاي فوق بحراني شد. مهمترين قرار ميگيرد. اين روشهاي متنوع براي توليد ذرههاي ريز ايراد اين روشها در توليد مواد حساس به دما مانند مواد دارويي و به اندازههاي ميکرومتر و نانومتر در صنايع داروسازي، توليد غذايي است. سامانههاي فوق بحراني که براي توليد ذرههاي ريز رنگدانهها، فرايندهاي زيستي، کاتاليستها و پروتئينهاي فعالساز

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
)5( Rapid Expansion of Supercritical Solution )8( Gas Antisolvent
59
استفاده ميشوند [2 ، 1]. در فرايند GAS، محلول آلي که جسم جامد مورد نظر بهصورت اشباع در آن حل شده است را در تماس با گاز فشرده )کربن دي اکسيد( قرار ميدهند. به علت حل شدن گاز فشرده در حلال و انبساط حجمي ايجاد شده، قدرت حلشوندگي حلال آلي نسبت به جزء جامد کاهش پيدا ميکند که منجر به رسوب جامد حل شونده در حلال بهصورت ذرههاي ريز ميشود ]3[. دادههاي تعادل فازي سامانههاي سه جزئي در فرايند GAS، کمتر مورد مطالعه قرار گرفتهاند، بنابراين مطالعه تعادلهاي فازي سامانههاي ياد شده و تعيين تجربي دادههاي سامانه سه جزيي در حضور سه فاز و تخمين آنها با استفاده از مدلسازي مناسب ترموديناميکي به گونهاي که قادر باشد رفتار تعادلي سامانه ياد شده را پيشبيني نمايد، براي طراحي فرايند GAS و انتخاب شرايط بهينه عملياتي آن، مفيد خواهد بود .افزون براين در بسياري از موارد که جداسازي اجزاي يک ترکيب با روشهاي معمول استخراج با حلال و تقطير امکان پذير نيست، استخراج به کمک سيال فوق بحراني به عنوان يکي از روشهاي جايگزين مورد توجه قرار ميگيرد. همچنين مدلسازي ترموديناميکي ميزان حلاليت يک جزء جامد در سيال فوق بحراني در طراحي سامانه استخراج فوقبحراني مورد نياز خواهد بود. از اين رو در مطالعه حاضر تعادل فازي سامانه سه جزئي با تکيه بر فرايند GAS و همچنين مدلسازي ترموديناميکي سامانه سه جزيي براي استفاده در فرايندهاي استخراج فوق بحراني و توليد ذرههاي ريز به روش GAS مورد مطالعه قرار ميگيرد]4[. پژوهشگران زيادي به بررسي تعادل سامانه سه جزيي SLV )جامد ـ مايع ـ گاز( در فشارهاي بالا پرداختهاند .
ديکسون و )جانسون1( حلاليت نفتالين و پنانترين را در حلال تولوئن و در حضور کربن دي اکسيد در دماي K11/292 مورد مطالعه قرار دادند]1[. )پيترز2( سامانه تعادلي سه جزئي کربن دي اکسيد ـ
نفتالين ـ تولوئن در بازهي دماي K 11/343-11/223 و تا فشار MPa 12 مورد بررسي قرار داد]6[. حلاليت برخي داروها همچون استامينوفن، آتنولول، کاربامازفين در سامانه سه جزئي و به روش گاز ـ ضدحلال توسط ايرنو )کيکيک3( و همکاران
)5( Merck
)2( Cell
)9( Luda
)50( Sensor
)55( PT-100
)58( BD
گزارش داده شده است]7[. همچنين )گوپتا4( دادههاي تعادلي مربوط به ايتراکونازول در اسيد ماليک که مصرف دارويي دارد را ارايه کرده است]2[. )هان1( و همکاران رفتار فازي سامانه سه جزئي کربن دي اکسيد ـ کلسترول ـ استون به روش فرايند GAS مورد مطالعه قرار دادند]9[.
در اين پژوهش دستگاه تعادلي فشار بالا براي تعيين دادههاي تعادلي سامانه سه فازي طراحي و ساخته شد. با استفاده از دستگاه تعادل فازي ساخته شده، دادههاي تعادلي نفتالين ـ تولوئن ـ کربن دي اکسيد در دماي K 11/292 وK 11/302 تا فشار bar 6/71 بهدست آمده و گزارش شد. دادههاي تعادلي بهدست آمده با استفاده از معادله حالت سواو-ردليش-کوانگ)6( )SRK ( ]10[ و قوانين اختلاطvdW1 ,vdW2 مدل شد و بهينه پارامترهاي بهدست آمده براي اين قانونهاي اختلاط به همراه خطاي مدل گزارش شد.

بخش تجربي
حلال آلي تولوئن و ماده نفتالين با خلوص % 92/99 از شرکت مرک)7( خريداري و در اين آزمايشها مورد استفاده قرار گرفت .
گاز کربن دي اکسيد با خلوص % 99/99 از شرکت گاز سبلان تهيه شد . جهت بررسي سامانه تعادلي مايع ـ جامد ـ گاز، دستگاه تعادلي نشان داده شده در شکل 1 ساخته شد.
-355592461296

مخزن)2( استوانه اي فشار بالا از جنس استيل ضدزنگ که توسط يک ژاکت جهت ثابت نگهداشتن دما احاطه شده است به عنوان قسمت اصلي دستگاه ميباشد .اندازههاي اين مخزن استوانهاي طول Cm 13 و قطر Cm 1/2 ميباشد. براي ثابت نگهداشتن دماي داخل مخزن از يک دستگاه جريان ساز مدل لادا)9( با دقت K 1/0 استفاده ميشود. دماي سامانه با استفاده از يک حسگر)10( دما پي تي-100)11( با دقت K 1/0 و فشار مخزن بهوسيله يک حسگر فشار مدل بي دي)11( با دقت bar 1/0 بار اندازهگيري ميشود محلول داخل مخزن بهوسيله يک همزن مغناطيسي که در زير آن قرار دارد، هم خورده و يکنواخت ميشود. همچنين براي تأمين و تنظيم فشار داخل مخزن يک سيلندر و پيستون در کنار دستگاه
)5( Dixon, D. J. and K. P. Johnston
)8( Peters
)8( Ireneo Kikic
)1( Gupta
)1( HanSoave – Redlich-Kwong
)6(
-139790

06 شکل 3ـ دستگاه تعادلي: 3( سل اصلي دو جداره ،2( کپسول گاز کربن دی اکسيد ،4( همزن مغناطيسي ،3( بازچرخاننده، 5( ظرف نمونهگيری ،
0( ميله همزن ،7( حسگر فشار ،8( حسگر دما ،9( سيلندر و پيستون ايجاد فشار ،36( موتور الکتريکي.
3238109219456



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید