Confronto fluidodinamico computazionale dei liquidi assorbenti prevalenti per la separazione dell'inquinante acido SO2 all'interno di un contattore a membrana

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1300 (2023) Citare questo articolo

618 accessi

1 Citazioni

2 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Negli ultimi anni, l’emissione di inquinanti acidi dannosi nell’atmosfera ha sollevato le preoccupazioni degli scienziati. L’anidride solforosa (SO2) è un gas serra dannoso, il cui rilascio anomalo nell’atmosfera può causare effetti di vasta portata sull’ambiente e sulla salute, come piogge acide e problemi respiratori. Pertanto, trovare tecniche promettenti per alleviare le emissioni di questo gas serra può essere di grande urgenza ai fini della protezione ambientale. Questo articolo mira a valutare il potenziale di tre nuovi assorbenti (acqua di mare (H2O), dimetil anilina (DMA) e idrossido di sodio (NaOH) per separare l'inquinante acido SO2 dal flusso gassoso di SO2/aria all'interno del contattore a membrana a fibra cava (HFMC). raggiungere questo obiettivo, è stata sviluppata una simulazione basata su CFD per prevedere i risultati. Inoltre, è stato applicato un modello matematico per valutare teoricamente le equazioni di trasporto in diversi compartimenti del contattore. Il confronto dei risultati ha implicato che l'acqua di mare è l'assorbente liquido più efficiente per la separazione SO2. Dopo l'acqua di mare, NaOH e DMA sono posti al secondo e terzo rango (separazione del 99,36% utilizzando acqua di mare > separazione del 62% utilizzando NaOH > separazione del 55% utilizzando DMA). Inoltre, l'influenza dei parametri operativi (ad esempio, flusso di gas e liquido velocità) e anche i parametri membrana/modulo (vale a dire, lunghezza del modulo membrana, numero di fibre cave e porosità) sulla percentuale di separazione di SO2 vengono analizzati come un altro punto saliente di questo articolo.

Negli ultimi anni, la combustione di combustibili fossili è nota come una delle principali cause delle emissioni di gas serra nell’atmosfera da parte dell’uomo1,2,3. L'anidride solforosa (SO2) è un importante gas a effetto serra, il cui rilascio nell'atmosfera può provocare vari effetti negativi sulla salute umana e sull'ecosistema, tra cui problemi respiratori, attacchi d'asma, smog urbano e piogge acide4,5. Dall'emissione di questo gas acido nell'atmosfera si genera anidride solforosa (SO3) e acido solforico (H2SO4), che possono essere conosciuti come fonte secondaria di inquinanti. La deposizione anomala di questi contaminanti secondari provoca l'acidificazione delle fonti idriche e danneggia le colture agricole6,7. Pertanto, la separazione di questi inquinanti dannosi ha trovato di fondamentale importanza a causa della legislazione di rigide normative ambientali in tutto il mondo8,9.

L'assorbimento del gas basato su membrana mediante contattore a membrana microporosa a fibra cava (HFMC) è noto come un'alternativa affidabile per i processi di separazione prevalenti dei gas serra come la distillazione criogenica, la torre a letto impaccato, la torre di spruzzatura e l'adsorbimento10,11,12,13,14. Gli HFMC sono stati recentemente di grande interesse come dispositivi di trasferimento di massa grazie ai vantaggi disparati come aree interfacciali costanti, flessibilità di funzionamento e semplicità di scale-up e regolazione indipendente dei flussi di gas/liquidi15,16,17,18. L'importante ruolo dei materiali delle membrane nella separazione degli inquinanti acidi è incontrovertibile. Negli ultimi anni, il polipropilene (PP), il polivinilidenfluoruro (PVDF), il polietere solfone (PSf) e il politetrafluoroetilene (PTFE) sono tra i materiali più comunemente impiegati per la fabbricazione di membrane idrofobiche13,19,20,21,22,23. La vera selezione degli assorbenti chimici è un’importante responsabilità di ricercatori e scienziati per migliorare l’efficienza della separazione dei gas serra. L'esistenza di alcuni vantaggi quali ecocompatibilità, adeguata selettività, eccellente efficienza e costi ragionevoli possono aumentare la popolarità di un assorbente liquido da utilizzare nei processi di assorbimento del gas basati su membrana14,24.

La CFD è una nuova branca della scienza, che possiede grandi capacità di prevedere i fenomeni di flusso dei fluidi sulla base delle leggi di conservazione25,26,27. A causa dell’indiscutibile vantaggio dell’approccio CFD per diverse industrie di processo, il suo rapido avanzamento e i suoi vasti utilizzi hanno avuto luogo negli ultimi decenni28,29. Il continuo sviluppo di strumenti CFD e la sua crescente capacità di prevedere i risultati con costi inferiori hanno aumentato significativamente la popolarità di questo approccio tra i ricercatori di diversi ambiti scientifici30,31,32,33,34. Nel caso del processo di assorbimento del gas basato su membrana, l'applicazione della tecnica CFD per analizzare le principali equazioni di trasporto attraverso i lati disparati dell'HFMC è stata un'alternativa promettente per ridurre il costo delle indagini sperimentali35,36,37.