شبیه سازی و بررسی عملکرد پارامترهای مختلف سنسور مبتنی بر غشای سیلیکونی جهت تشخیص متان محلول در فرآیند تخمیر

نوع مقاله: مقاله شیمی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد تهران شمال

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد تهران شمال

3 استادیار/دانشگاه تهران

4 دانشیار، گروه بیوتکنولوژی و میکرووبیولوژی، پژوهشگاه صنعت نفت ایران

5 استاد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در حال حاضر برای اندازه گیری متان محلول در فرآیند تخمیر، از دستگاه کروماتوگرافی گازی و اسپکترومترجرمی استفاده می‌شود، اما برای استفاده از اسپکترومتری جرمی به صورت خارج از خط، نیاز به نمونه‌گیری و نگهداری محلول می‌باشد. به همین دلیل، حسگرهای گازی مبتنی بر غشای سیلیکونی جهت تشخیص متان محلول طراحی و ساخته شده است. نمونه‌ای از این دسته حسگرها، حسگر شامل یک لوله سیلیکونی با جریان ورودی گاز هلیوم می باشد. شبیه سازی این حسگر توسط نرم افزار کامسول٢/٥ در حالت سه بعدی انجام شد. دبی هلیوم ورودی در سه مقدار ۴۰، ۵۰ و ۶۰ میلی لیتر بر دقیقه اعمال شد. همچنین لوله سیلیکونی به طول های ۵ ، ۱۰ و ۱۵ سانتی متر و با سه قطر ٠٥/٠، ١٥/٠ و ٢٥/٠ سانتی متر مورد بررسی قرار گرفت. زمان پاسخ به دست آمده از شبیه سازی حسگر در اختلاف ٢٠٪ نسبت به نتایج آزمایشگاهی می باشد. علاوه بر این تنش برشی، اثر سرعت گاز ورودی، فشار جریان و غلظت سیال در این پژوهش مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulation and evaluation of the performance of various sensor-sensing silicones to detect methane-soluble in fermentation process

نویسندگان [English]

  • Saeed Rahimi 1
  • soheil Rezazadeh Mofradnia 2
  • Fatemeh Yazdian 3
  • Behnam Rasekh 4
  • Seyedabas Shojasadati 5
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Islamic Azad University North Tehran Branch, Tehran, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Islamic Azad University North Tehran Branch, Tehran, Iran
3 Assistant professor/University of Tehran
4 . Microbiology and Biotechnology Research Group, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
5 Department of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

At present, spectrometric chromatography are used to methane in the fermentation process, but the use of off-line mass spectrometry requires the sampling and maintenance of the solution. Silicon membrane-based gas sensors are designed and used to detect methane based on this principle. The simulation of this sensor was carried out using COMSOL Multhiphysics (CM) 5.2 A software in 3D. Input gas helium was applied at three values of 40, 50 and 60 ml/min. Also, silicon tubes with lengths of 5, 10 and 15 cm and in three diameters of 0.05, 0.05, and 0.25 cm were investigated. The shortest response time from the sensor simulation is 10% compared to the results of the experimental at 1.6 minutes. The shear stresses, the effect of inlet gas velocity, flow pressure and fluid concentration in this study were compared. All result showed that the silicon membrane-based have been best absorbent for gas specially Methane.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Comsol
  • Simulation
  • Methane solution
  • Fermention