مدل سازي سينتيكي فرآيند تبلور به شيوه ضدحلال فوق بحراني (دي اكسيد كربن-تولوين-فنانترن)

Kinetic Modeling of Supercritical Antisolvent Crystallization (Phenanthrene, Toluene and CO2)

در اين تحقيق با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي موجود در منابع، رابطه‌اي تجربي براي تعيين حلاليت فنانترن در مخلوط دي اكسيدكربن فوق‌بحراني و تولوين و همچنين رابطه‌اي جهت پيش‌بيني فوق اشباعيت فنانترن دراثر تغيير فشار سيستم (نرخ تزريق ضدحلال) تعيين گرديده‌است. در ادامه، مدل سازي سينتيكي تبلور ضد-حلال فوق‌بحراني با استفاده از روش موازنه جمعيت صورت گرفته‌است. الگوريتم عددي به صورت تركيبي از روش هاي كرنك-نيكلسون و لكس-وندراف براي حل مدل درنظر گرفته شده‌است. مراحل شبيه سازي با تغيير در عوامل موثر فرآيندي نظير نرخ افزايش ضدحلال، نرخ فوق‌اشباعيت در دماي عملكردي °C40 و بازه فشاري بين 34/0 تا 63/5 مگاپاسكال انجام شد. با حل عددي معادله موازنه جمعيت به روش گسسته سازي، هسته زايي، رشدبلور، توزيع اندازه و متوسط طول ذرات تعيين گرديدند. نتايج حاكي از كاهش شديد حلاليت اشباع حل شونده از 27/0 تا 16/0 بدليل افزايش شديد فشار از 1/0 تا 34/0 مگاپاسكال بوده كه باعث ايجاد فوق اشباعيت شديد از 1 به 6/1 و كاهش شديد حلاليت شده‌است. همچين با افزايش ضدحلال، در فشار 6 مگاپاسكال مقدار فوق‌اشباعيت بيشترين بوده‌است. در فشار 3/0 مگاپاسكال هسته زايي اوليه نسبت به ثانويه اولويت داشته و با افزايش ضدحلال و رسوب حل شونده اثر هسته زايي ثانويه تشديد شده و در فشار 6 مگاپاسكال به مقدار بيشينه خود رسيده‌است. تا فشار79/1 مگاپاسكال، منحني توزيع اندازه ذرات بصورت يونيمودال بوده و نقطه بيشينه منحني در نواحي با اندازه كوچكتر (دسته اندازه اي كمتر از20) قرار داشته است. مشاهده مي شود كه با افزايش فشار، پيك دوم رشد كرده و نمودار از حالت يونيمودال به سمت باينوميال در حال تغيير يافتن بوده است.

In the current study, using experimental data from literature, an empirical correlation of phenanthrene solubility in the mixture of supercritical CO2 and toluene and also another equation to correlate its supersaturation rate with pressure (antisolvent addition rate were determined. Afterwards, the kinetic modeling of supercritical antisolvent crystallization process using the Population Balance Equation (PBE) method was fulfilled. Lax-Wendroff and Crank-Nicholson as a combinatorial numerical algorithm was used to solve the PBE. The simulation was performed at 40°C and pressure range between 0.34 and 5.63 MPa by changing the main operating parameter, the antisolvent addition rate (system pressure). To determine nucleation rate, crystal growth rate, crystal size distribution, and mean size, discretization method was used and a numerical solution to the PBE was performed. The results showed that drastic decrease of solubility (mole fraction) from 0.27 to 0.16 was the result of pressure increase from 0.1 to 0.34MPa which followed by high supersaturation generation from 1 to 1.6. By adding the antisolvent, the highest supersaturation was at 6 Mpa. The primary nucleation was superior at 0.3 MPa while the second nucleation increased by the antisolvent addition and the solute precipitation and reached the maximum at 6 Mpa. The particle size distribution showed to have one pick located within small sized particles (class sizes lower than 20) upto 1.79 MPa. By the pressure increase a second pick gradually was appearing and the diagram was changing to binomial.