doktoratura hasime manaj, fakulteti i shkencave i natyrore

UNIVERSITETI I TIRANËS

FAKULTETI I SHKENCAVE TЁ NATYRЁS

DEPARTAMENTI I KIMISË INDUSTRIALE

Disertacion

i

Paraqitur nga

Znj. HASIME MANAJ

Per marrjen e gradёs shkencore

DOKTOR

Tema: Modelimi i kapjes sё CO2 nga proceset

termokimike e biologjike tё trajtimit tё mbetjeve tё

materialeve organike

Udhёheqёs shkencor: Prof. Dr. ILIRJAN MALOLLARI

Mbrohet mё dt. …../…../……… para jurisё:

1. Kryetar …………………………………………………………

2. Anёtar (oponent)……………………………………………….

3. Anёtar (oponent)……………………………………………….

4. Anёtar ………………………………………………………….

5. Anёtar ………………………………………………………….

ii

UNIVERSITETI I TIRANËS

FAKULTETI I SHKENCAVE TЁ NATYRЁS

PROGRAMI

PROCESET E TRAJTIMIT KIMIK TЁ LЁNDЁVE TЁ PARA

NATYRORE DHE TЁ MBETURINAVE INDUSTRIALE DHE

URBANE

DISERTACION

TEMA

MODELIMI I KAPJES SЁ CO2 NGA PROCESET

TERMOKIMIKE E BIOLOGJIKE TЁ TRAJTIMIT TЁ

MBETJEVE TЁ MATERIALEVE ORGANIKE

Kandidati Udhёheqёs Shkencor

M.Sc. Hasime MANAJ Prof.Dr.Ilirjan MALOLLARI

Tiranё, 2013

iii

Falenderime

Falenderime tё veçanta pёr udhёheqёsin shkencor Prof.Dr.

Ilirjan Malollari pёr ndihmёn e pakursyer nё realizimin e kёtij

punimi si dhe pёr mundёsimin e eksperiencave tepёr tё veçanta nё

Universitetin Hohenheim (Sttutgart Gjermani) dhe nё

Universitetin e Janinёs (Greqi) ku u kryen eksperimente tё

prodhimit tё biogazit nga trajtimi biologjik i biomasёs organike.

Njё falenderim i veçantё shkon pёr tё gjithё kolegёt dhe studentёt.

Gjithashtu falenderoj dy laborantёt e seksionit tё Inxhinierisё

Kimike Hasan Pahija dhe Arjan Prifti pёr pёrkushtimin e treguar

gjatё kryerjes sё eksperimenteve.

Se fundmi dua tё falenderoj familjen time pёr pёrkrahjen dhe

mbёshtetjen e vazhdueshme.

iv

PЁRMBLEDHJE

Nё kёtё tezё paraqitet modelimi i kapjes sё CO2 nga proceset termokimike e biologjike, tё

trajtimit tё mbetjeve tё materialeve organike. Qёllimi i kёtij studimi ёshtё pёrcaktimi i

parametrave kryesorё tё shkёmbimit tё masёs, nё procesin e absorbimit kimik tё realizuar

nё njё kolonё me mbushje. Fillimisht u studiuan arsyet se pёrse CO2 duhet kapur dhe mё

pas burimet e çlirimit tё CO2 nё atmosferё nga trajtimi biologjik dhe termokimik.

Gjithashtu njё rёndёsi tё vecantё pati edhe studimi i teknologjive tё kapjes sё CO2.

Modeli i kapjes sё CO2 u bazua nё absorbimin kimik me tretёsirё ujore tё hidroksidit tё

natriumit dhe amoniakut nё kolonёn me mbushje. Si material mbushёs tё kolonёs u

pёrdorёn unazat Rashing dhe listelat. U kryen matjet hidrodinamike nё kolonёn bosh dhe

nё kolonёn me mbushje. Gjatё punёs eksperimentale u pёrcaktuan parametrat e unazave

Rashing dhe tё listelave: poroziteti, diametri ekuivalent, faktori i formës dhe sipërfaqja

specifike e mbushjes. Për çdo provë të kryer u mat prurja e lëngut, densiteti i saj, prurja e

gazit, përqëndrimi i CO2 në hyrje dhe dalje të kolonës dhe presioni barometrik. Në bazë

të matjeve të kryera u përcaktuan parametrat kryesorë të shkëmbimit të masës:

koeficienti i dhënies së masës dhe shkalla e shndërrimit. Gjithashtu pёr njё prurje gazi tё

pёrcaktuar me pёrqёndrim tё njohur tё CO2 u realizua projektimi i kolonёs me mbushje

me unaza Rashing duke pёrcaktuar nё kёtё mёnyrё gjithё parametrat e kolonёs.

Fjalë kyçe: absorbim, koeficienti i dhënies së masës, kolonë, sipërfaqja specifike, unaza

Rashing, listela, projektim, modelim.

v

ABSTRACT

In this thesis is presented modeling of CO2 emissions capture from thermo-chemical and

biological processes of treatment of organic waste. The goal of this study is to establish

the main parameters of mass-transfer in a chemical absorption in the packing column.

First of all, the main reasons why carbon dioxide should be captured were taken in

consideration and then the sources of CO2 emissions in the atmosphere from biological

and thermo-chemical treatment were studied carefully. Also the study of carbon dioxide

capture technologies was of a big importance. Modeling of CO2 capture was based on

chemical absorption using aqueous ammonia and sodium hydroxide solutions in the

packed column(grid structured packing and Raschig rings). Hydrodynamics

measurements were carried out in a pilot plant, first blank column and later in packed

column. The parameters of the Raschig rings that were determined are: porosity,

equivalent diameter, shape factor and surface of filling. . For each test performed was

measured flow of liquid, its density, gas flow, the concentration of carbon dioxide in the

entry and exit and barometric pressure. According to measurements carried out were

defined key parameters of mass-transfer: coefficients of mass-transfer for both phases

and the rate of conversion. Finally the design of packed column (Raschig rings) was

realized based on a fixed gas flow rate determining in that way all the parameters of the

column.

Key words: absorption, mass-transfer coefficients, column, specific surface, Raschig

rings, grid structured packing, design, modeling.

vi

PASQYRA E LЁNDЁS

FALENDERIME…………………………………………………… vi

PЁRMBLEDHJE……………………………………………………. vi

ABSTRACT………………………………………………………… vi

LISTA E FIGURAVE………………………………………………. vi

LISTA E TABELAVE……………………………………………… vi

HYRJE……………………………………………………………… vi

1 Emetimi dhe depozitimi i CO2…………………………………........

CO2CO2…………………………………………

1

1.1 Njohuri tё pёrgjithshme pёr emetimin dhe depozitimin e CO2……... 1

1.1.1 Cikli i karbonit…………………………………………………........ 1

1.1.2 Rezervat e karbonit…………………………………………………. 2

1.1.3 Modelet e rritjes sё rezervave tё karbonit tё atmosferёs……………. 4

1.2 Emetimi i CO2 nё Shqipёri………………………………………….. 4

1.2.1 Hyrje………………………………………………………………… 4

1.2.2 Emetimet nga sektorё tё ndryshёm…………………………………. 5

1.3 Shndёrrimi termokimik i biomasёs…………………………………. 6

1.3.1 Njohuri tё pёrgjithshme……………………………………………... 7

1.3.2 Bazat e pirolizёs…………………………………………………….. 8

1.3.2.1 Natyra kimike e pirolizёs nё gjendje tё ngurtё dhe tё gaztё………... 8

1.4 Teknologjitё e gazifikimit…………………………………………... 9

1.4.1 Bazat e gazifikimit………………………………………………….. 10

1.4.2 Gazet nga gazifikimi i biomasёs………………………………......... 10

1.4.3 Konkluzione ………………………………………………………... 12

1.5 Shndёrrimi biologjik i mbetjeve organike…………………………... 13

1.5.1 Pёrbёrja e mbetjeve organike……………………………………........ 13

1.5.2 Prodhimi i biogazit………………………………………………….. 14

1.6 Tipet e tretjes………………………………………………………... 15

1.6.2 Sistemi anaerob……………………………………………………... 16

1.7 Akumulimi i CO2…………………………………………................ 17

1.7.1 Akumulimi gjeologjik…………………………………………......... 17

1.7.2 Akumulimi nё oqeane…………………………………………........ 17

1.7.3 Akumulimi nё ekosistemin tokёsor…………………………………. 18

vii

1.7.4 Akumulimi nёpёrmjet karbonizimit mineral………………………... 19

1.7.5 Akumulime tё tjera dhe mundёsitё e pёrdorimit……………………. 19

1.7.6 Bazat kimike, fizike dhe biologjike………………………………… 19

1.7.6.1 Vetitё fizike tё CO2 nё ujin e detit…………………………………... 19

1.7.6.1.1 Presioni i ngopjes………………………………………………........ 20

1.7.7 Injektimi direkt i CO2………………………………………….......... 21

1.7.8 Shpёrbёrja direkte e CO2…………………………………................. 21

2 Teknologjitё e kapjes sё CO2…………………………………………………………… 23

2.1 Njohuri tё pёrgjithshme……………………………………………... 23

2.1.1 Absorbimi …………………………………………………………... 24

2.1.1.1 Absorbimi kimik……………………………………………………. 24

2.1.1.1.1 Absorbimi bazuar tek aminat……………………………………….. 24

2.1.1.1.2 Absorbimi bazuar te karbonati…………………………………........ 26

2.1.1.1.3 Absorbimi bazuar te tretёsira ujore e amoniakut………………….. 27

2.1.1.1.4 Absorbimi bazuar te hidroksidi i natriumit………………………... 27

2.1.1.2 Absorbimi fizik……………………………………………………... 28

2.1.1.3 Proceset e pёrziera tё absorbimit…………………………………….. 29

2.1.1.4 Avantazhet dhe disavantazhet e teknologjive tё absorbimit………... 29

2.1.2 Adsorbimi …………………………………………………………... 31

2.1.3 Ndarja me distilim kriogjenik…………….…………………............ 31

2.1.4 Ndarja me membranё……………………………………………….. 32

2.2 Sistemet e ndarjes sё gazeve me membranё………………………... 32

2.2.1 Konsiderata tё pёrgjithshme……………………………………........ 32

2.2.2 Karakteristikat fizike dhe kimike tё membranave………………….. 32

2.2.3 Proceset e transportit tё membranave poroze……………………….. 33

2.2.4 Membranat me transport tё lehtёsuar……………………………….. 42

2.2.5 Membranat me transport jonesh……………………………………… 45

2.2.6 Tipet e membranave…………………………………………….......... 45

2.2.7 Konfigurimet e modulit tё membranёs……………………………..... 46

2.2.8 Avantazhet dhe disavantazhet e tipeve tё membranave……………… 50

2.2.9 Aplikimet e membranave në ndarjen e 2CO pas oksidimit.................. 51

2.3 Sistemet e distilimit kriogjenik..............................................................

......................................................

53

2.3.1 Bazat fizike............................................................................................ 53

viii

2.3.2 Konfigurimi dhe funksionimi i një kolone distilimi............................ 53

3 Pjesa eksperimentale Modelimi dhe projektimi……………………… 56

3.1 Pёrcaktimi eksperimental i koeficientit tё dhёnies sё masёs nё

absorbimin e CO2 me NaOH………………………………………... 56

3.1.1 Aparatura e pёrdorur……………………………………………….... 56

3.1.2 Llogaritja e parametrave tё shtresёs mbushёse…………………........ 59

3.1.3 Rezultate ……………………………………………………………. 63

3.2 Pёrcaktimi eksperimental i koeficientit tё dhёnies sё masёs nё

absorbimin e CO2 me NH3…………………………………………… 69

3.2.1 Eksperimenti i absorbimit tё CO2 me NH3………………………….. 69

3.2.2 Rezultate …………………………………………………………….. 70

3.3 Projektimi ………………………………………………………….... 82

3.3.1 Bilancet materiale……...…………………………………………… 83

3.3.2 Forca lёvizёse dhe numri i njёsive tё transmetimit………………….. 84

3.3.3 Llogaritja e koeficientёve tё dhёnies sё masёs…………………......... 87

3.3.4 Lartёsia e njёsisё sё transmetimit……………………………………. 97

3.4 Diskutime tё rezultateve eksperimentale…………………………….. 109

3.5 Pёrfundime dhe rekomandime………………………………….......... 113

BIBLIOGRAFIA……………………………………………………. 117

ARTIKUJ SHKENCORЁ………………………………………….... 121

PJESЁMARRJE NЁ KONFERENCA………………………………. 122

ix

LISTA E FIGURAVE

Fig. 1.1 Rezervat dhe flukset në ciklin e karbonit (llogaritje të vitit 2010)... 2

Fig. 1.2 2CO nga vëzhgimi i Mauna Loa ....................................................... 3

Fig. 1.3 2CO atmosferik që vjen nga skenarët e emetimeve SRES................ 4

Fig. 1.4 Emetimet e CO₂ nga sektori i industrisë (Gg)…………………….. 5

Fig. 1.5 Emetimet e gazeve nga familjet (t CO2 eq)………………………... 6

Fig. 1.6 Produktet primare, sekondare dhe terciale të biomasës së ngurtë si

rezultat i rritjes së ashpërsisë së pirolizës………………………… 9

Fig. 1.7 Ndryshimi ndёrmjet gazit produkt dhe biosingazit dhe aplikimet e

tyre kryesore……………………………………………………….. 11

Fig. 1.8 Procesi i gazifikimit FICFB……………………………………….. 12

Fig. 1.9 Pr Procesi i shpërbërjes organike…………………………………….. 15

Fig. 1.10 Paraqitja skematike e procesit anaerob……………………………. 16

Fig. 1.11 Reaksioni i procesit të tretjes anaerobike………………………….. 17

Fig. 1.12 Mundësia e grumbullimit të 2CO në oqeane.................................... 18

Fig. 1.13 Densiteti 2CO në oqean kundrejt thellësisë……………………….. 20

Fig. 1.14 Struktura hidrate e 2CO …...……………………………………..... 21

Fig. 1.15 Kapaciteti i oqeanit për ruajtjen e 2CO ..………………………….. 22

Fig. 2.1 Teknologjitё e përdorura pёr kapjen e 2CO në industri ………….. 23

Fig. 2.2 Struktura e jonit karbamat................................................................. 25

Fig. 2.3 Struktura e piperazinёs 4 10 2C H N ……………………………….. 27

Fig. 2.4 Konfigurimet e membranave: a) Rrjedhja kryq, b)Rrjedhja me

rrugë të mbyllur …………………………………………………… 33

Fig. 2.5 Rrjedhja viskoze kapilare………………………………………….. 34

Fig. 2.6 Difuzioni Knudsen............................................................................ 34

Fig. 2.7 Membranat gaz-lëng për largimin e 2CO nga gazet fluturues......... 36

Fig. 2.8 Efektet e difuzionit sipërfaqësor dhe kondensimit kapilar………… 36

Fig. 2.9 Sitisja molekulare………………………………………………….. 37

Fig. 2.10 Procesi i transportit difuzion-tretje.................................................... 40

Fig. 2.11 Struktura e membranës matricë e përbërë fibër-zgavruar................. 42

Fig. 2.12 Transporti i lehtësuar i CO2 në një membranë mbajtëse të lëngët

me zgarë karbonate............................................................................ 43

Fig. 2.13 Transporti i lehtësuar i membranës me aminë për ndarjen e CO2... 44

Fig. 2.14 Paraqitja skematike e transportit të joneve të oksigjenit në një

rrjetë oksido metalike……………………………………………… 45

Fig. 2.15 Struktura fizike e membranave……………………………………. 46

x

Fig. 2.16 Konfigurimi i modulit të membranës spirale mbështjellëse. ……… 48

Fig. 2.17 Struktura e modulit të membranës fibër-zgavruar............................. 49

Fig. 2.18 Moduli i membranёs qeramike me paketim vaferash....................... 49

Fig. 2.19 Membrana me karbonat të shkrirë në temperaturë të lartë me

shkëmbim të dyfishtë jonesh............................................................. 52 Fig. 2.20 Struktura e pjatave brenda një kolone distilimi................................ 54

Fig. 2.21 Pjata kolonash distilimi (majtas) dhe materiale paketimi të

strukturuara (djathtas)....................................................................... 55

Fig. 3.1 Impianti pilot i absorbimit…………………………………………. 56

Fig. 3.2 Unazat Rashing……………………………………………………. 57

Fig. 3.3 Kurba e kalibrimit të rotametrit të lëngut………………………….. 58

Fig. 3.4 Varësia e raportit /l gG G ndaj rënies së presionit p për prurje të

lëngut 8,334 /kg h ……………………………………………….. 64

Fig. 3.5 Varësia e raportit /l gG G ndaj rënies së presionit p për prurje të

lëngut 14,602 /kg h …...…………………………………………. 65

Fig. 3.6 Rënia e presionit në kolonën bosh..................................................... 65

Fig. 3.7 Rënia e presionit në kolonën me unaza............................................. 66

Fig. 3.8 Varësia e shkallës së shndërrimit ndaj raportit Gl/Gg, për prurje

absorbenti 8.334 kg/h……………………………………………… 67

Fig. 3.9 Varësia e produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit në kolonën

bosh, për prurje absorbenti 8.334 kg/h ……………………………. 68

Fig. 3.10 Varësia e produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit në kolonën me

mbushje, për prurje absorbenti 8.334 kg/h………………………… 68

Fig. 3.11 Mbushësi i kolonёs sё absorbimit (listela)........................................ 69

Fig. 3.12 Varësia e Δp nga prurja e gazit (H mbushjes= 170 cm).................... 75

Fig. 3.13 Varësia e Δp nga rënia e presionit (H mbushjes= 90 cm) dhe prurje

tё lёngut 8l/h...................................................................................... 75

Fig. 3.14 Varësia e Δp nga rënia e presionit (H mbushjes= 90 cm) dhe prurje

tё lёngut 14l/h.................................................................................... 76

Fig. 3.15 Varёsia e rёnies sё presionit nga prurja e gazit pёr lartёsi

mbushjeje 45cm dhe prurje tё lёngut 8l/h......................................... 76

Fig. 3.16 Varësia e Δp nga rënia e presionit (H mbushjes= 45 cm)dhe prurje

tё lёngut 14 l/h .................................................................................. 77

Fig. 3.17 Varёsia e rёnies sё presionit nga raporti Gl/Gg pёr lartёsi

mbushjeje 90 cm................................................................................ 77

Fig. 3.18 Varёsia e rёnies sё presionit nga raporti Gl/Gg pёr lartёsi

mbushjeje 45 cm................................................................................ 78

Fig. 3.19 Varёsia e aβg (1/s) nga pёrqёndrimi i CO

2 hyrës pёr lartёsi

mbushjeje H=130 cm........................................................................ 78

Fig. 3.20 Varёsia e aβg (1/s) nga % i CO

2 hyrës per lartesi mbushjeje H=90

cm …………………………………………………………………. 79

Fig. 3.21 Varёsia e βg (m/s) nga lartёsia e mbushjes H (cm)………………… 79

xi

Fig. 3.22 Varёsia e aβg (1/s) nga prurja e gazit Q

g pёr prurje tё lёngut

Ql=8l/h …………………………………………………………….. 80

Fig. 3.23 Varёsia e X (shkalla e shndёrrimit) nga raporti Gl/G

g pёr prurje tё

lёngut Ql=8 l/h…………………………………………………….. 80

Fig. 3.24 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X(shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi

mbushjeje 130 cm dhe Ql=14 l/h…………………………………... 81

Fig. 3.25 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X (shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi mbushjeje H=90 cm dhe Q

l=14 l/h ………………………………... 81

Fig. 3.26 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X (shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi

mbushjeje H=45 cm dhe Ql=14 l/h ……………………………….. 82

Fig. 3.27 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X (shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi mbushjeje H=45 cm dhe Q

l=8 l/h …………………………………. 82

Fig. 3.28 Vija e ekuilibrit Ye=f(Xe) dhe vija e punёs………………………... 90

Fig. 3.29 Njehsimi grafik i integralit………………………………………… 92

Fig. 3.30

Zgjidhja grafike pёr gjetjen e NOx…………………………………. 94

Fig. 3.31 Gjetja e my dhe mx…………………………………………………. 98

Fig. 3.32 Zgjidhja grafike e integralit pёr pёrcaktimin e Iy………………….. 101

Fig. 3.33 Zgjidhja grafike e integralit pёr pёrcaktimin e Ix………………….. 102

Fig. 3.34 Pajisje nё formё dushi pёr vaditjen e kolonёs me mbushje……….. 103

Fig. 3.35 Sitat e hapura………………………………………………………. 103

Fig. 3.36 Skema e pajisjes vaditёse me tuba………………………………… 104

Fig. 3.37 Skemat e kapёsve tё piklave ………………………………………. 105

Fig. 3.38 Skemё e kolonёs me mbushje……………………………………... 109

xii

LISTA E TABELAVE

Tab. 1.1 Rezervat e karbonit oqeanik………………………………………… 3

Tab. 1.2 Përbërja tipike e gazit në tre proceset jo të drejtpërdrejta të

gazifikimit (druri si lëndë e djegshme)………………………………. 11

Tab. 1.3 Tipet e mbetjeve organike dhe prodhimi i biogazit............................. 13

Tab.1.4 Përbërësit e biogazit………………………………………………….. 15

Tab. 2.1 Avantazhet dhe disavantazhet e teknologjive tё absorbimit................. 29

Tab. 2.2 Aplikimet dhe teknologjitë e hershme të ndarjes me membrana.......... 32

Tab. 2.3 Klasifikimi i membranave poroze……………………………………. 33

Tab. 2.4 Selektiviteti i membranave poroze nën kushtet e rrjedhjes Knudsen.. 35

Tab. 2.5 Dimensionet e zakonshme të molekulave............................................ 37

Tab. 2.6 Krahasimet e materialeve të sitave molekulare................................... 38

Tab. 2.7 Membranat zeolitike jono shkëmbyese: performanca e sitisjes

molekulare të 2 2CO N ……………………………………………... 39

Tab. 2.8 Performanca eksperimentale e membranave me transport të

lehtësuar............................................................................................... 44

Tab. 2.9 Karakteristikat strukturale të membranave.......................................... 46

Tab. 2.10 Raportet sipërfaqe vëllim për konfigurime të ndryshme

membranash………………………………………………………….. 47

Tab. 2.11 Avantazhet dhe disavantazhet e tipeve tё membranave...................... 50

Tab. 3.1 Masat e materialit pёr vёllimet pёrkatёse tё unazave pёr cilindrin

250ml…………………………………………………………………. 60


500ml…………………………………………………………………. 60


1000ml……………………………………………………………….. 60


2000ml ……………………………………………………………….. 60 Tab. 3.5 Vlerat e x dhe y nё varёsi tё vёllimeve korresponduese pёr matjet e

kryera nё katёr cilindra……………………………………………….. 61 Tab. 3.6 Tё dhёnat e marra nga eksperimenti…………………………………….. 64 Tab. 3.7 Të dhënat e shkallës së shndërrimit për kolonën bosh dhe me

mbushje ndaj raportit Gl/Gg…………………………………………... 66

Tab. 3.8 Të dhënat e produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit në kolonën

bosh, për prurje solventi 8.334 kg/h...................................................... 67

Tab. 3.9 Të dhënat eksperimentale për lartёsi mbushje 170 cm dhe prurje

lëngu 8 l/h…………………………………………………………… 71

Tab. 3.10 Të dhënat eksperimentale pёr lartësi mbushje 170 cm dhe prurje

xiii

lëngu 14 l/h…………………………………………………………… 72


lëngu 8 l/h…………………………………………………………….. 72


lëngu 14 l/h…………………………………………………………… 73

Tab. 3.13 Të dhënat eksperimentale për lartësi mbushje 90 cm dhe prurje lëngu

8 l/h ………………………………………………………………….. 73

Tab. 3.14 Të dhënat eksperimentale për lartësi mbushje 90 cm dhe prurje lëngu

14 l/h………………………………………………………………….. 73

Tab. 3.15 Të dhënat eksperimentale për lartesi mbushje 45 cm dhe prurje lëngu

8 l/h…………………………………………………………………… 74

Tab. 3.16 Të dhënat eksperimentale për lartёsi mbushje 45 cm dhe prurje lëngu

14 l/h………………………………………………………………….. 74

Tab 3.17 Varёsia e koeficientёve C, m, n nga lloji i mbushjes………………… 88

Tab 3.18

Zgjidhja tabelare pёr njehsimin e I=Nox……………………………… 92

Tab. 3.19 Vlerat e my, mx dhe kx pёr çdo zonё………………………………… 100

Tab 3.20 Vlerat pёr zgjidhjen e integraleve pёr pёrcaktimin e sipёrfaqes……... 100

xiv

HYRJE

Rritja e pёrqёndrimit të dioksidit të karbonit antropogjenik në atmosferë është një

nga shkaqet e ngrohjes globale. Kjorritje në përqëndrimin atmosferik të 2CO influencon

balancën e energjisë hyrëse dhe dalëse në sistemin tokë-atmosferë, duke qenë se 2CO

është gazi kryesor antropogjenik i efektit serë. Kontribues nё kёtё rritje ёshtё edhe CO2 i

çliruar nga proceset e trajtimit termokimik dhe biologjik tё biomasёs organike.

Ndryshimi antropogjenik ka reduktuar efektivitetin e disa mekanizmave reaguese,

për shembull ndryshimet në përdorimin e tokës dhe praktikat e menaxhimit të tokës kanë

reduktuar aftësinë e tokave për ndërtimin e rezervave të karbonit të tokës në përgjigje të

2CO atmosferik më të lartë, ndërsa acidifikimi oqeanik ka reduktuar kapacitetin e

oqeaneve për të zvogëluar shtimin e 2CO nga atmosfera. Konsumi botëror i energjisë

vazhdon të rritet dhe sipas modeleve tё studiuara parashikohet dyfishim i nevojës

globale për energji ndërmjet 2010 dhe 2050.

Edhe nëse 2CO stabilizohet përpara 2100, ngrohja dhe efektet e tjera klimaterike

pritet të vazhdojnë për shekuj, për shkak të periudhës afatgjatë të lidhur me proceset

klimaterike. Kapja dhe depozitimi i 2CO janё duke u studiuar në disa projekte.

Reduktimi i rezervave atmosferike të karbonit mund të arrihet nga çdo trajtim që mund tё

limitojë flukset e shkarkimit në atmosferë, duke reduktuar këtë rezervë ose duke rritur

flukset e anasjelltë.

Kjo ka qenё shtysa kryesore pёr zhvillimin e kёtij studimi i cili ka pёr qёllim

modelimin e kapjes sё dioksidit tё karbonit. Studimi fillon me njohuri tё pёrgjithme pёr

emetimin dhe depozitimin e CO2. Paraqiten cikli i karbonit, rezervat e karbonit dhe njё

pasqyrё aktuale e emetimit tё dioksidit tё karbonit nё Shqipёri. Gjithashtu nё kёtё kapitull

ёshtё studiuar trajtimi termokimik dhe biologjik i biomasёs organike, trajtime tё cilat

shoqёrohen me çlirimin e gazeve me pёrqёndrim tё konsiderueshёm tё dioksidit tё

karbonit. Nё kёtё pjesё trajtohet edhe njё aspekt i rёndёsishёm, akumulimi pas kapjes sё

CO2, i cili realizohet kryesisht nё oqeane dhe nё ekosistemin tokёsor.

Nё kapitullin II paraqiten teknologjitё e kapjes sё CO2. Përzgjedhja e një

teknologjie për një aplikim kapjeje tё 2CO varet nga shumë faktorë si: presioni i

pjesshëm i 2CO në rrymën e gazit, kohëzgjatja e rikuperimit të 2CO të kërkuar,

ndjeshmëria ndaj papastërtive (siç janë gazet acide, grimcat e ngurta), pastërtia e

dëshiruar e 2CO , kostot kapitale dhe kostot e funksionimit të procesit, kostoja e shtesave

të nevojshme për të minimizuar ndotjen dhe korrozionin etj. Gjithashtu kёto teknologji

ndahen nё katёr kategori: absorbimi kimik dhe fizik, adsorbimi, distilimi kriogjenik dhe

membranat, ku pёr secilёn prej tyrё ёshtё paraqitur njё trajtim teorik i hollёsishёm.

xv

Pjesa eksperimentale ёshtё paraqitur nё kapitullin e tretё. Fillimisht ёshtё kryer

eksperimenti i absorbimit tё CO2 nё trёtёsirёn ujore tё hidroksidit tё natriumit. Ky

eksperiment u realizua nё njё impiant pilot, nё njё kolonё me mbushje me unaza Rashing.

U pёrcaktuan parametrat e unazave Rashing si: poroziteti, koeficienti i formёs, diametri

ekuivalent dhe sipёrfaqja specifike. Gjithashtu u kryen matjet hidrodinamike nё kolonёn

bosh dhe nё kolonёn me mbushje, ku u pёrcaktua rёnia e presionit pёr prurje tё

ndryshme. Kёto matje ishin tё rёndёsishme pёr tё pёrcaktuar pikёn e pёrmbytjes. U kryen

matjet eksperimentale tё pёrqёndrimit tё CO2 nё hyrje dhe nё dalje tё kolonёs sё

absorbimit pёr prurje tё ndryshme tё tretёsirёs ujore tё NaOH dhe tё gazit. Në këtë proces

dioksidi i karbonit u absorbua në sistemin ujor 2 2NaOH CO H O në temperaturë 25

0C,

duke përcaktuar shkallën e shndërrimit dhe më pas koeficientin e dhënies së masës. Pas

marrjes sё rezultateve eksperimentale u bё i mundur ndёrtimi i grafikёve qё paraqesin

varёsitё midis parametrave tё ndryshёm. Mё pas u krye eksperimenti i kapjes sё dioksidit

tё karbonit me tretёsirё ujore tё amoniakut 5% nё temperaturёn e ambientit, i cili ka pёr

qёllim përcaktimin e parametrave kryesorë të shkëmbimit të masës, në një absorbim

kimik në kolonë me mbushje me listela. Fillimisht u përcaktuan parametrat e listelave:

poroziteti, diametri ekuivalent, faktori i formës dhe më i rëndësishmi sipërfaqja specifike

e mbushjes. Në këto prova u kap pika e përmbytjes së kolonës, si pikë referimi për të

përcaktuar prurjet e ndryshme të lëngut dhe gazit që duhet të studiohen. Për çdo provë të

kryer u mat prurja e lëngut, densiteti i saj, prurja e gazit, përqëndrimi i CO2 në hyrje dhe

dalje dhe presioni barometrik. Në bazë të matjeve të kryera u përcaktuan parametrat

kryesorë të shkëmbimit të masës: koeficienti i dhënies së masës dhe shkalla e

shndërrimit. Rezultatet e arritura u përpunuan dhe u studiua varësia midis parametrave.

Gjithashtu nё kёtё kapitull ёshtё pёrfshirё edhe projektimi i kolonёs me mbushje me

unaza Rashing pёr absorbimin e njё prurjeje gazi me pёrqёndrim tё pёrcaktuar nё hyrje

dhe dalje tё kolonёs duke pёrshirё: bilancin material, ekuilibrin avull-lёng si dhe

koeficientёt e dhёnies sё masёs. U pёrcaktuan pas llogaritjeve diametri i kolonёs, lartёsia

e saj, lartёsia e fundit tё kolonёs etj.

Ky kapitull mbyllet me diskutime tё rezultateve eksperimentale dhe sё fundmi me

pёrfundime dhe rekomandime tё studimit tё kryer.

1

KAPITULLI I

EMETIMI DHE DEPOZITIMI I CO2

1.1 NJOHURI TË PËRGJITHSHME PËR EMETIMIN DHE

DEPOZITIMIN E CO2

Rezervat e lëndëve të djegshme fosile të planetit tonё qё vlerësohen ndërmjet 4000 dhe 6000

gigaton karbon (Gt-C), janë produkt i proceseve biologjike dhe gjeologjike që kanë ndodhur

qindra milionё vjet më parë dhe vazhdojnë të ndodhin edhe sot. Karboni i izoluar në këto rezerva

në epokën gjeologjike ishte pjesë përbërëse e atmosferës, e cila përmbante 1500 ppm 2CO në

fillim të periudhës së karbonit (360 milion vjet më parë).

Përgjatë periudhës që nga 1750, përqëndrimi i 2CO në atmosferë është rritur nga 280 ppm

në 368 ppm në vitin 2000 dhe 388 ppm në vitin 2010, i cili është niveli më i lartë i përqëndrimit

të dioksidit të karbonit në atmosferë. Kjo rritje në përqëndrimin atmosferik të 2CO influencon

balancën e energjisë hyrëse dhe dalëse në sistemin tokë-atmosferë, duke qënë se 2CO është gazi

kryesor antropogjenik i efektit serë. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)

publikoi në 2007 një raport dhe nxori përfundimin se temperaturat mesatare globale rriten

0.74 0.18oC gjatë shekullit të 20. Ndryshimi antropogjenik ka reduktuar efektivitetin e disa

mekanizmave reaguese, për shembull ndryshimet në përdorimin e tokës dhe praktikat e

menaxhimit të tokës kanë reduktuar aftësinë e tokave për ndërtimin e rezervave të karbonit të

tokës në përgjigje të 2CO atmosferik më të lartë, ndërsa acidifikimi oqeanik ka reduktuar

kapacitetin e oqeaneve për të zvogëluar shtimin e 2CO nga atmosfera. Konsumi botëror i

energjisë vazhdon të rritet dhe sipas modeleve te studiuar parashikohet dyfishim i nevojës

globale për energji ndërmjet 2010 dhe 2050.

Edhe nëse 2CO stabilizohet përpara 2100, ngrohja dhe efektet e tjera klimaterike pritet të

vazhdojnë për shekuj, për shkak të periudhës afatgjatë të lidhur me proceset klimaterike. Kapja

dhe depozitimi i 2CO janё duke u studiuar në disa projekte. Fillimisht janë diskutuar rezervat

dhe flukset që përbëjnë ciklin global të karbonit. Reduktimi i rezervave atmosferike të karbonit

mund të arrihet nga çdo trajtim që mund tё limitojë flukset e shkarkimit në atmosferë, duke

reduktuar këtë rezervë ose duke rritur flukset e anasjelltë.

1.1.1 Cikli i karbonit

Rezervat e karbonit në atmosferë, biosferë, tokë, shkëmbinj dhe oqeane janë të lidhura

nga një set kompleks i proceseve natyrore dhe i proceseve antropogjenike biokimike që janë

përgjithësisht të njohura si cikli i karbonit. Figura 1.1 ilustron rezervat dhe flukset që përbëjnë

këtë cikël (bold:Gt-C; të tjerat : Gt-C/vit).

2

Atmosfera

780

Litosfera

50 106

Lendet e djegshme fosile

4000-6000 Sendimentet detare 2500

Vegjetacioni

600

Tokat

1600

Siperfaqja e oqeanit

1000

Thellesia e oqeanit

38000

Biota

detare 3

Lendet e djegshme

fosile

6

Sendimentet

0.2

Vullkanet

<0.2

Rivierat

1

62

Ndryshimi i

perdorimit te

tokes

1

60

92 90

40

50

10

90

100

Vegjetacioni

600

Tokat

1600

Figura 1.1 Rezervat dhe flukset në ciklin e karbonit (llogaritje të vitit 2010)

1.1.2 Rezervat e karbonit

Rezervat e karbonit të atmosferës përbëhen pothuajse tërësisht nga dioksidi i karbonit me

një përqëndrim ( 2CO ) prej 388 ppm (2010) ose 0.04 përqindje vëllimore. Siç tregohet më

poshtë, kjo rezervë është rritur pothuajse 40% që në periudhën paraindustriale si rezultat i

emetimeve nga djegia e lëndëve të djegshme fosile dhe ndryshimeve në praktikat e përdorimit

dhe menaxhimit të tokës. Rezervat e mbetura atmosferike të karbonit përbëhen nga metani

( 4CH ) në 1.8ppm , me gjurmë monoksid karboni ( CO ) dhe kloroflorokarbonet (CFC)

antropogjenike janë gjithashtu të pranishme. Kurba e rritjes së 2CO nga Mauna Loa e dy

dekadave të kaluara është treguar në figurën 1.2.

3

CO

2 n

ga

Ma

un

a L

oa

(p

pm

)

Figura 1.2 2CO nga vëzhgimi i Mauna Loa

Rezerva totale e karbonit në atmosferë me 2CO (388 ppm) është 780 Gt C , me një

rritje vjetore në 2CO prej 1.7 ppm ppm duke i korresponduar një rritjeje tё rezervave neto prej

3.5 Gt C për vit.

Rezervat e karbonit të biosferës dhe të tokave

Rezervat tokësore të karbonit janë vlerësuar 2200 Gt-C, prej të cilës 600 Gt-C është e

pranishme si biomasë e gjallë dhe 1600 Gt-C si karbon inorganik në dhera dhe në sedimente.

Rezervat e karbonit të oqeaneve

Sasitë e rezervave të karbonit të oqeaneve janë 39000 Gt C dhe më shumë se 90% e

kësaj sasie është prezente si jone bikarbonate (3HCO ), siç tregohet në tabelën 1.1. Veç kësaj,

rreth 2500 Gt-C është prezente në sedimentet karbonate detare, të cilët janë transformuar

gradualisht në shkëmbinj sedimentar. Prej rezervave të 2CO të tretur në oqeane, 120 Gt C

(16%) është antropogjenik, duke i korresponduar një rritjeje prej 2 Gt C vit .

Tabela 1.1 Rezervat e karbonit oqeanik

Komponenti Rezervat (Gt-C)

Joni bikarbonat 36 000

Joni karbonat 1300

2CO shi i tretur 740

Karboni organik i tretur <700

Biomasa detare <10

Totali 39 000

Rezervat e karbonit të litosferës

Korja e tokës, e cila përfaqёson pjesën e sipërme të litosferës, përmban 5 ∙107

Gt-C në

shkëmbinjtë sedimentar, 20% e së cilës është në formën e karbonit organik dhe pjesa tjetër si

4

gur gëlqeror. Lëndët e djegshme fosile, qymyri, vaji dhe gazi së bashku llogariten ndërmjet 4000

dhe 6000 Gt-C, ose 0.05% e karbonit organik total të pranishëm në shkëmbinjtë sedimentar.

1.1.3 Modelet e rritjes së rezervave të karbonit të atmosferës

Modeli i emetimeve antropogjenike

Faktorët demografik, socio-ekonomik dhe teknologjik qё ndikojnё nё emetimet

antropogjenike janë:

o Rritja e popullatës

o Rritja ekonomike dhe globalizimi i tregtisë

o Rritja e prodhimit tё energjisë nga proceset industriale

Figura 1.3 ilustron pёrqёndrimin e CO2 tё vlerësuar nga skenarët e emetimit SRES

(Special Report on Emissions Scenarios) për një mori modelesh klimaterike dhe tregon rritjen

potenciale të CO2 nga 470 ppm nё 570 ppm nё vitin 2050 dhe nga 540ppm deri në 860 ppm nё

vitin 2100.

CO

2 [p

pm

]

Figura 1.3 2CO atmosferik që vjen nga skenarët e emetimeve SRES

1.2 EMETIMI I CO2 NЁ SHQIPЁRI

1.2.1 Hyrje

Shqipëria, si një vend potencial për anëtarësimin në BE, është angazhuar që përmes një

zhvillimi ekonomik të pastër dhe miqësor me mjedisin, të ulë emetimin e dioksidit të karbonit me

48% deri në vitin 2025. Krijimi i Fondit të Gjelbёr të Klimës për financimin e projekteve të tilla

është pjesë e Marrëveshjes së Cancun-it (Kankun-it), Meksikë. Ai shënon momentin e një kthese

rrënjësore për një botë më të sigurt, më të begatë dhe më të qëndrueshme për të gjithë. Shqipëria

përfiton nga ky fond pasi është palë në Konventën Kuadër të Kombeve të Bashkuara për

Ndryshimet Klimatike dhe në Protokollin e Kiotos. Tani prej tij përfitojnë jo vetëm vendet e

zhvilluara, por edhe ato në zhvillim, si Shqipëria. Nё Cancun u bë e qartë që pavarësisht nga

http://reporteri.org/objektivat-e-shqiperise-per-uljen-e-dioksidit-te-karbonit.html

5

shtrirja gjeografike, niveli i zhvillimit dhe sasia e dioksidit të karbonit të emetuar në atmosferë,

të gjitha vendet kanë Tokën shtëpi të përbashkët dhe atmosferën çatinë e tyre.

Në Shqipëri emetohen në atmosferë rreth 7.6 milion ton dioksid karboni apo 2.7 ton për

frymë të popullsisë. Ky tregues është 4-5 herë më i ulët se mesatarja në vendet e

industrializuara. Kjo situatё vjen kryesisht nga prodhimi i energjisë nga termocentralet.

1.2.2 Emetimet nga sektorё tё ndryshёm

Sektori i industrisё

Skenari bazë i emetimeve të GS-ve parashikon rritjen e sektorit industrial, ku industria e

çimentos do të vazhdojë të jetë burimi kryesor në vitin 2025 me rreth 619 Gg, industria e hekurit

dhe çelikut me 367 Gg, industria e aliazheve të hekurit me 63 Gg, ndërkohë që emetimet totale të

CO₂ që vijnë nga sektori i industrisë pritet që të arrijnë nivelin prej 1049 Gg. Emetimet paraqiten

në figurën 1.4.

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

19951990 2000 2005 2010 2015 2020 2025

çimentohekur & çelik

Aliazhe hekuriamoniak

Figura 1.4 Emetimet e CO₂ nga sektori i industrisë (Gg)

Sektori i energjisë dhe transportit

Parashikohet një rritje e emetimeve të GSve nga familjet me 2,57 herë nga viti 2013 deri

në 2025. Nё figurёn 1.5 paraqiten emetimet e gazeve nga familjet.

6

3600

3300

3000

2700

2400

2100

3900

0

2013

2015

2017

2019

2021

2023

2025

CO₂, N₂O

Figura 1.5 Emetimet e gazeve nga familjet (t CO2 eq)

1.3 SHNDËRRIMI TERMOKIMIK I BIOMASËS

Përpunimi termokimik i biomasës përfshin një numër shndërrimesh të mundshme për të

prodhuar nga biomasa fillestare lëndё djegëse të dobishme dhe lëndë kimike. Baza e

transformimit termokimik të biomasës është procesi i pirolizës, i cili përfshin të gjitha

ndryshimet kimike që ndodhin kur aplikojmë nxehtësi në një material në mungesë të oksigjenit.

Produktet e pirolizës së biomasës përfshijnë: ujё, qymyr, vajra ose katran dhe gazet: metan,

hidrogjen, monoksid karboni dhe dioksid karboni.

Procesi i pirolizës mund të jetë i shpejtë ose i ngadaltë. Progresi i pirolizës së ngadaltë të

një druri të fortë në një furrë mufël që grumbullon lëngjet dhe gazet nga procesi është si më

poshtë. Duke filluar nga materiali i ngurtë 100% në temperaturë ambienti, nga përfundimi i

pirolizës së ngadaltë në temperaturë 2500C marrim një masë të ngurtë 88%, më pak se 10 % lëng

dhe një përqindje të vogël gazi. Në temperaturat midis 3000C dhe 350

0C masa e qymyrit

zvogëlohet në më pak se 60%, lëng janё 20 - 30% dhe gazet midis 20 dhe 25 %. Qymyri në këtë

stad përmban një sasi oksigjeni dhe hidrogjeni. Nxehja e mëtejshme e qymyrit në 7500C do të

reduktojë masën e qymyrit dhe përbërja e tij shkon drejt karbonit të pastër, prodhimi i gazit rritet

ndërsa i lëngut zvogëlohet.

Zakonisht piroliza e ngadaltë vazhdon për orë të tëra deri në një maksimum temperature

prej 400-500oC. Prodhimi i qymyrit është 35-40% (në peshë). Qëllimi i pirolizës së shpejtë është

prodhimi i lëndës djegëse të lëngshme nga biomasa celulozë e drunjtë, që mund të zëvendësojë

lëndën djegëse të lëngshme (mazutin). Lëngu gjithashtu mund të përdoret për të prodhuar

produkte kimike. Veçoritë thelbësore të procesit të pirolizës së shpejtë janë temperatura dhe

shpejtësia e transferimit të nxehtësisë shumë të larta, të cilat shpesh kërkojnë një mekanizëm të

7

përsosur furnizimi me biomasë. Produkti kryesor i pirolizës së shpejtë është lënda djegëse-bio, e

cila fitohet në rendiment mbi 80 % (peshë) të ushqimit të thatë. Një zgjerim i pirolizës është

gazifikimi, një proces termik i cili optimizohet për të dhënë prodhimtarinë më të lartë të karbonit

dhe të energjisë në fazën e gaztë.

Në shumë raste gazifikimi kryhet si një proces parcial oksidimi në të cilin futet një sasi

ajri apo oksigjeni për të djegur disa pjesë të biomasës hyrëse, për të siguruar kështu nxehtësinë

për pirolizën dhe gazifikimin. Kur oksidues eshte ajri produkti përmban 50 % azot. Si rezultat

vlera e fuqisë kalorifike e gazit të lëndëve djegëse varion nga 4 -6 MJ Nm-3

. Nëse oksigjeni i

pastër përdoret gjatë gazifikimit do të prodhohet gaz me një vlerë të fuqisë kalorifike të mesme

prej 10-20 MJ Nm-3

. Gazogjenë të ndryshëm përdoren gjatë përpunimit të biomasës. Ata

ndryshojnë nga mënyra e organizimit të biomasës (lënda e parë) dhe rrymës së ajrit. Ka

gjithashtu gazogjenë ku nxehtësia e nevojshme merret nga një burim i jashtëm (gazogjen

indirekt). Në këtë rast prodhohet një gaz me fuqi kalorifike të mesme. Biomasa si lëndë e parë ka

njё numër cilësish të cilat e bëjnë pirolizën dhe gazifikimin e saj të përdorshёm në shumë

aplikime.

1.3.1 Njohuri të përgjithshme

Piroliza është një reaksion kimik bazë që paraprin gazifikimin dhe djegjen e lëndëve të

ngurta djegëse dhe përcaktohet thjesht si ndryshime kimike qё ndodhin kur aplikojmë nxehtësi

në një material në mungesë të O2. Produktet e pirolizës së biomasës pёrfshijnë: ujë, qymyr,

mazut dhe gazet e përhershme si: metani, N2, CO dhe CO2. Natyra e ndryshimeve gjatë procesit

të pirolizës varet nga materiali që i nënshtrohet pirolizës, temperatura finale e procesit të

pirolizës dhe shpejtësia e rritjes së temperaturës. Si biomasë tipike linjocellulosike janë

materialet si druri dhe kashta, të cilat janë përcjellëse të dobёta të nxehtësisë.

Menaxhimi i shpejtësisë së transmetimit të nxehtësisë kërkon që pjesëzat e materialit të

jenë të vogla. Nё materialet me pjesëza të mëdha si p.sh druri (trungu) sasia e nxehtësisё së

transmetuar është shumë e ulët dhe kjo përcakton rendimentin e produkteve të pirolizës. Në bazë

te ambientit termik dhe të temperaturës finale piroliza do të prodhojë kryesisht qymyr në

temperaturë të ulët në më pak se 450oC kur shpejtësia e ngrohjes është mjaft e ulët dhe kryesisht

gaze në temperaturë të lartë në më shumë se 8000C me shpejtësi transmetimi nxehtësie të madhe.

Në një temperaturë të ndёrmjetme produkti kryesor është një lёndë djegëse- bio, njё zbulim i

kohёve tё fundit, i cili po përdoret gjerësisht. Megjithatë procesi i pirolizёs aplikohet nё

prodhimin e qymyrit nga biomasa si një lëndë djegëse-bio e ngurtë, i cili pёrdoret si agjent

reduktues nё metalurgji, ndërsa qymyri aktiv përdoret nё reaksionet e absorbimit pas proceseve

kimike dhe nё gatimet shtëpiake nё zonat urbane tё vendeve nё zhvillim.

Gazifikimi është një proces termik kompleks që varet nga mekanizmi i pirolizës për të

prodhuar gaz pararendës i cili në prezencë të gazeve reaktive si O2 dhe avullit të ujit shndërron

pjesën më të madhe të biomasës në gaz djegës, i cili më pas pastrohet dhe është i përbërë

kryesisht nga CO, H2 dhe përdoret për të prodhuar kimikate dhe lëndë djegëse të lëngëta nën

veprimin e proceseve katalitike. Pjesa më e madhe e lëndëve djegëse të gazta përdoren direkt në

procese djegieje si p.sh në furra në prodhimin e avullit dhe në motorrat me djegie të brendshme.

8

1.3.2 Bazat e pirolizës

Procesi i pirolizës konsumon energji dhe në terma kimike përshkruhet si një reaksion

endotermik. Një faktor shumë i rëndësishëm është përmbajtja e ujit në biomasën fillestare.

Nxehtësia e avullimit të ujit të pastër është 2.26 kJ·g-1

në 100oC ndërsa energjia termike e një

përbërjeje druri është 18.6 kJ·g-1

. Nëse ka një përbërje të lartë lagështie energjia neto e prodhuar

nga procesi i pirolizës do të jetë e ulët, sepse energjia e nevojshme për proceset e pirolizës dhe

gazifikimit vjen nga djegia e një ose me shumë produkteve të pirolizës. Meqënëse pjesa më e

madhe e biomasës është higroskopike, zhvendosja e H2O është edhe më endotermike për shkak

të energjisë së kërkuar për të tejkaluar energjinë e absorbimit. Sjellja e biomasës së ngurtë në

prani të nxehtësisë është një reaksion kompleks midis zhvendosjes së ujit dhe procesit të

pirolizës.

1.3.2.1 Natyra kimike e pirolizës në gjendje te ngurtë dhe të gaztë

Biomasa është një material organik që përbëhet nga polimere që kanë vargje tё gjata

atomesh karboni të lidhura në makromolekula. Shtylla e vargut të polimerit përbëhet nga lidhja

kimike të C me C, të C me O2 ose ndonjëherë me N2 ose S. Në vend të përshkrimit të polimerit

në terma të strukturës atomike të vargut, ai mund të shihet më shumë si asamble e disa njësive

më të mëdha molekulare. Ne rastin e celulozës kjo njësi është 1 molekulë glukoze me një

molekulë H2O më pak. Për hemicelulozën njësia është me 5 atome C. Megjithatë polimerët e

hemicelulozës nuk janë vargje të drejtë linear si polimerët e celulozës. Disa janë të degëzuar dhe

të tjerë kanë në fundet e tyre grupe acetil. Polimerët lignin përbëhen nga fenil propan të lidhur në

pika të ndryshme të monomerit nëpërmjet lidhjeve C-C dhe C-O. Në vargjet anësore mund të

ketë edhe grupe metoksi. Kur aplikojmë nxehtësi, lidhjet kimike aktivizohen termikisht dhe disa

lidhje këputen.

Te celuloza lidhjet këputen në pika tё rastësishme në vargun e përbërë prej mijëra

atomesh C. Numri i njësive të C6H10O5 në njё varg përshkruhet si shkalla e polimerizimit (Dp).

Me aplikimin e vazhdueshëm të nxehtësisë numri i molekulave të polimerit rritet duke u rritur

edhe Dp. Kur vlera e Dp bëhet më e ulët se 10 formohen oligomerët. Në varësi të temperaturës

dhe presionit të ushtruar oligomerët me Dp =8 > 1(piroliza tipike në 400-6000C) janë volatilë dhe

avullojnë nga masa e ngurtë. Këto fragmente të vogla quhen sheqer anhidro, kur Dp=2 quhen

celobioza dhe kur Dp=1 quhen levoglukozan. Nëse këto sheqere anhidro volatile nuk largohen

shpejt, në temperaturën e lartë të pirolizës do të dështojë copëzimi termik, duke prodhuar

komponime të ndërmjetme të vogla me reaktivitet të lartë. Në të kundërt, nëse nuk largohen nga

materiali i ngurtë origjinal do tё dështojë reaksioni kimik me materialin e mbetur të ngurtë dhe

mund të krijohen polimerë të rinj ose mund të shpejtohet këputja e lidhjeve origjinale.

Këto reaksione mund të çlirojnë nxehtësi (janë ekzotermike) dhe në pirolizën e

materialeve me pjesëza të mëdha, kjo mund të çojë në përhapjen e një vale termike që

përshpejton reaksionin e përgjithshëm të pirolizës. Zhvendosja e produkteve të pirolizës dhe

ftohja e tyre pas largimit nga reaktori në një kondesator (ftohës) bёn tё mundur pёrdorimin e tyre

si kimikate ose si lëndë djegëse. Hemiceluloza humbet shpejt vargjet anësore, të cilat janë shpesh

grupe acetil që kondesohen si acid acetik. Në të njëjtën mënyrë lignina, e cila ka zëvendësues

metoksi në pjesën më të madhe të njësive monomere të fenil-propanit, çon në prodhimin e

metanolit. Para shpikjes së sintezës petrokimike, piroliza e drurit ishte burimi kryesor i prodhimit

të acidit acetik, acetonit dhe metanolit.

9

Në grafikun e mëposhtëm (fig. 1.6) jepen produktet e pirolizës në varësi të ashpërsisë së

pirolizës. Fjala ashpërsi nënkupton zgjatjen e ngrohjes dhe influencën e temperaturës finale në

produktet përfundimtare kimike të pirolizës. Trajtimet me ashpërsi të vogël (kohëzgjatje e

shkurtër dhe temperaturё maksimale rreth 2500C) rezultojnë në produkte që kanë humbur ujë dhe

CO2. Formimi i qymyrit është një proces me ashpërsi të mesme, ndërkohë prodhimi i lëndëve

djegëse të lëngëta është një proces që zgjat pak kohë, me ashpërsi shumë të lartë, e cila nëse zgjat

në kohë e shoqёruar me temperaturё tё lartë çon në formimin e gazit dhe blozës.

Figura 1.6 Produktet primare, sekondare dhe terciale të biomasës së ngurtë si rezultat i

rritjes së ashpërsisë së pirolizës

1.4. TEKNOLOGJITË E GAZIFIKIMIT

Konvertimi i biomasës në lëndë djegëse të gaztë ka çelur aplikime moderne në prodhimin

e energjisë elektrike, prodhimin e lëndëve djegëse të lëngëta dhe prodhimin e lëndëve kimike

nga biomasa. Lënda e parë mund të përmbajë materiale organike të pasura nga mbetjet urbane,

mbetjet tregtare dhe industriale, mbetjet e agrikulturës dhe ushqimore, lëngjet e zeza dhe mbetjet

e pyjeve. Proceset e gazifikimit mund të ndahen në procese të drejtpërdrejta (autotermale) dhe jo

të drejtpërdrejta (alotermale). Për zbatimet e biomasës, proceset direkte operojnë përgjithësisht

me ajër në mjedisin e gazifikimit. Proceset kryesore të drejtpërdrejta dhe jo të drejtpërdrejta janë:

Shtrat i fiksuar me rrjedhje nga posht-lart

Shtrat i fiksuar me rrjedhje nga lart-posht

Shtrat i fluidizuar

Shtrat i fluidizuar indirekt.

Në pjesën më të madhe të zbatimeve të biomasës gazifikuesit operojnë me ajër në

mjedisin e gazifikimit duke dhënë një gaz produkt të pasur me azot. Për zbatime më të

avancuara, kërkohet një gaz produkt pa azot. Një gaz produkt pa azot mund të prodhohet nga

gazifikimi me rrjedhje oksigjeni ose në mënyrë alternative nga procese jo të drejtpërdrejta.

Faza e

ngurte

Dehidratim Depolimerizim Formimi I qymyrit

Poliaromatik Hidrokarbone

H 2 O

CO CO

2

Furane , Fenole

Ketone,Olefina

Faza e

avullt

Primare

Sekondare

Terciale H 2 O

H 2

CH 4

CO CO

2

H 2 O CO CO 2

Produkte te

oksigjenu ara

Pjeseza bloze

Procesi PIROLIZES

Faza e

ngurte



H 2 O

CO CO

2

Furane , Fenole

Ketone,Olefina

Faza e

avullt

Primare

Sekondare

Terciale H 2 O

H 2

CH 4

CO CO

2

H 2 O CO CO 2

Produkte te

oksigjenu ara

Pjeseza bloze

Procesi PIROLIZES

Faza e

ngurte



H 2 O

CO CO

2

Furane , Fenole

Ketone,Olefina

Faza e

avullt

Primare

Sekondare

Terciale H 2 O

H 2

CH 4

CO CO

2

H 2 O CO CO 2

Produkte te

oksigjenu ara

Pjeseza bloze

Procesi PIROLIZES

Faza e

ngurte



H 2 O

CO CO

2

Furane , Fenole

Ketone,Olefina

Faza e

avullt

Primare

Sekondare

Terciale H 2 O

H 2

CH 4

CO CO

2

H 2 O CO CO 2

Produkte te

oksigjenu ara

Faza e

ngurte



H 2 O

CO CO

2

Furane , Fenole

Ketone,Olefina

Faza e avullt

Primare

Sekondare

Terciale H 2 O

H 2

CH 4

CO CO

2

H 2 O CO CO 2

Produkte te

oksigjenu ara

Pjeseza bloze

Procesi PIROLIZES

10

1.4.1 Bazat e gazifikimit

Gazifikimi është vazhdim i pirolizës, ku procesi termik optimizohet më shumë për të

dhënë prodhimtari të lartë të karbonit dhe energjisë në fazë të gaztë, mjaft më tepër se sa për të

prodhuar qymyr apo lëng. Pjesa më e madhe e gazogjeneve janë reaktorë oksidues parcial në të

cilët futet ajër ose oksigjen i mjaftueshëm për të djegur një pjesë të biomasës fillestare për të

prodhuar nxehtësinë e nevojshme për pirolizën apo gazifikimin. Nëse oksiduesi është ajri,

produkti gaz ka përqëndrim të vogël nga prezenca e azotit dhe megjithëse ajri përmban 79%

azot, stekiometria e oksidimit të pjesshëm është e tillë që produkti final gaz ka 50% azot.

Vlera e nxehtësisë së lëndës djegëse të gaztë të përftuar kur si oksidues përdoret ajri në

gazifikuesit me oksidim të pjesshëm varion nga 4-6 MJNm-3

. Vlera mund të jetë më e lartë nëse

biomasa është shumë e thatë, kjo minimizon sasinë e nxehtësisë së nevojshme për fillimin e

procesit dhe sasinë e kërkuar të oksigjenit. Nёse procesi optimizohet për të prodhuar gaze si:

metan, hidrokarbone me 2 ose 3 atome karbon, kemi rritje të vlerës së fuqisë kalorifike të tij.

Përdorimi i oksigjenit të pastër si agjent gazifikimi, mund të prodhojë gaze me fuqi

kalorifike të mesme (MCV) që varion nga 10-20 MJ. Një strategji alternative është të kryhet

procesi i gazifikimit në mënyrë indirekte, pra me futjen indirekte të nxehtësisë. Në këtë rast

produkti gaz i përftuar ka fuqinë kalorifike më të lartë, sepse as azoti as dioksidi i karbonit të

prodhuar nga djegia në reaktorin oksidues parcial nuk janë prezent në produktin e gaztë.

Kërkesat për të arritur një lëndë djegëse të pastër dhe të përdorshme kërkojnë zhvendosjen e

katranit nga rryma e gazit produkt.

1.4.2 Gazet nga gazifikimi i biomasës

Gazifikimi është teknika kyçe shndërruese në të gjitha proceset për prodhimin e

energjisë, lëndëve të djegshme, dhe/ose produkteve nga biomasa. Në prodhimin e elektricitetit

biomasa shndërrohet termikisht nëpërmjet gazifikimit në një gaz të djegshëm që mund të

përdoret në një makinë gazi ose turbinë pёr tё prodhuar energji elektrike si edhe pёr nxehtësinë si

produkt.

Avantazhi i gazifikimit është efiçenca e përgjithshme më e lartë elektrike krahasuar me

alternativën e djegies së drejtpërdrejtë të biomasës. Në prodhimin e lëndëve të djegshme dhe

kimikateve gazi i djegshëm përdoret në një proces katalitik për të përftuar produktin e dëshiruar.

Përbërja e gazit të gazifikuar është e varur nga lloji i procesit të gazifikimit, nga agjenti i

gazifikimit dhe temperatura në të cilën procesi zhvillohet. Bazuar në përbërjen e përgjithshme

dhe në zbatimet tipike, dy llojet kryesore të gazit të pёrftuar nga gazifikimi janë ‘biosingazi’ dhe

‘gazi produkt’ (fig. 1.7):

11

gazi produkt

CO,H₂,CH₄,CxHyBiosingazi CO, H₂

Biomasa

Gazifikimi në

temperaturë të ulët

(800-1000oC)

Gazifikimi katalitik në

temperaturë të lartë

(1200-1400oC)

Krekingu termal

ose riformimi

FT diesel

Metanol/DME

Amonia

Hidrogjen

Industria kimike

Elektriciteti

SNG

Elektriciteti

Figura 1.7 Ndryshimi ndёrmjet gazit produkt dhe biosingazit dhe aplikimet e tyre kryesore

Gazi produkt: prodhohet nga gazifikimi në temperaturë të ulët (nën1000oC) dhe

përmban CO , 2H ,

4CH , hidrokarbure alifatikex yC H , benzen, toluen dhe katran (me

përjashtim të 2CO dhe

2H O ). Përbërësit e singazit 2H dhe CO përmbajnë përgjithësisht

vetëm 50 % të energjisë në gaz, ndërsa pjesa tjetër përmbahet tek 4CH dhe më shumë tek

hidrokarburet aromatike.

Biosingazi : prodhuar nga gazifikimi katalitik në temperaturë të lartë (mbi 1200oC). Nën

këto kushte, biomasa shndërrohet tërësisht në2H dhe CO (përveç

2CO dhe 2H O ).

Biosingazi është kimikisht i ngjashëm me singazin që përftohet nga burimet e lëndëve të

djegshme. Biosingazi mund të përftohet gjithashtu edhe nga gazi produkt nëpërmjet

proceseve termike katalitike.

Shembuj të proceseve jo të drejtpërdrejta të gazifikimit, ku nxehtësia transportohet nga

materiale inerte janë proceset FICFB të realizuara në Institutin teknologjik të Vjenës, procesi

Silva Gaz, dhe gazifikuesi MILENA i realizuar në Qendrën e kërkimeve të energjisë në

Hollandë. Përbërja tipike e gazeve për këto tre procese përmblidhet në tabelën 1.2 .

Tabela 1.2 Përbërja tipike e gazit në tre proceset jo të drejtpërdrejta të gazifikimit

(druri si lëndë e djegshme)

Komponentët e gazit Baza e thatë FICFB Silva Gaz Milena(ECN)

Hidrogjen vol % 30-45 20-22 15-20

Monoksid karboni vol % 20-30 41-44 40-43

Dioksid karboni vol % 15-25 11-14 10-12

Metan vol % 8-12 12-16 15-17

C₂+Hidrokarbone vol % 1-3 1 5-6

Benzen vol % 2-10 1

Nitrogjen vol % 1-3 1-4

Amonia ppmV 500-1000 500-1000

H₂S ppmV 50-120 40-100

Tar 3/ ng m 0.5-1.5 40 40

Grimca elementare 3/ ng m 10-20 ~

12

Parimi i një gazifikuesi jo të drejtpërdrejtë gjen zbatim nё procesin FICFB (Fast

Internally Circulating Fluidized Bed) (figura 1.8). Reaktori konsiston në dy zona, një zonë

gazifikimi dhe një zonë djegieje. Materiali inert që mbart nxehtësinë qarkullon ndërmjet këtyre

dy zonave për të transferuar nxehtësinë nga zona e djegies deri në zonën e gazifikimit. Biomasa

ushqehet në zonën e gazifkimit dhe gazifikohet me avull në temperaturën 850-900oC dhe energji

termike të siguruar nga qarkullimi i lëndës së ngurtë.

Si rrjedhojë, gazi i prodhuar në këtë zonё është pothuajse pa përmbajtje nitrogjeni.

Materiali i shtruar, së bashku me blozën e mbetur mbi gazifikimin me avull, qarkullon në zonën

e djegies. Kjo zonë mbushet me ajër për të realizuar djegien e blozës dhe çdo materiali tjetër të

mbartur.

, ,

biomasa

avull

ajër

Hi

oxhaku

filtri i gazit

produktftohësi i gazit

produkt

shtresa e hirit

djegës i vajit

ftohësi i gazit filtruesi i gazit

pastruesi i

gazit produkt

ajër

ajër ftohësi i gazit

Motorr me

gas

katalizatori

Bolieri i

ngrohjes

Figura 1.8 Procesi i gazifikimit FICFB

1.4.3 Konkluzione

Përdorimi i procesit termokimik, i bazuar në gazifikimin dhe pirolizën e biomasës për të

prodhuar lëndë djegëse të gazta dhe të lëngëta është një zhvillim i konsiderueshem duke ofruar

një efiçencë të lartë dhe një performancë të mirë në mjedis. Proceset e pirolizës së avancuar po

përdoren sot gjerësisht në tregti, në prodhimin e kimikateve të ndryshme dhe në proceset e

djegies për zëvendësimin e naftës me lëndë djegëse. Gazifikimi po përdoret gjerësisht për

gjenerimin e nxehtësisë dhe elektricitetit. Lëndët që prodhohen janë: qymyr, lёndё djegëse ose

katran dhe gazet: metan, hidrogjen, monoksid karboni dhe dioksid karboni.

13

1.5 SHNDЁRRIMI BIOLOGJIK I MBETJEVE ORGANIKE

1.5.1 Përbërja e mbetjeve organike

Mbetjet organike përmbajnë materiale të cilat e kanë origjinën nga organizmat e gjalla.

Mbetjet organike gjenden në mbetjet e ngurta komunale, mbetjet industriale të ngurta, mbetjet

bujqësore si dhe nё mbetjet e ujёrave. Ato janë të biodegradueshme. Lëndёt organike që gjenden

në mbetjet e ngurta komunale përfshijnë ushqimin, letrën, drurin, llumin e ujërave të zeza dhe

mbetjet familjare. Disa prej lëndëve organike në mbetjet e ngurta komunale janë të ndara edhe

për qëllime të tjera, pёrveç kompostimit. Për shembull, letrës dhe kartonave i kryhet riciklimi i

thjeshtë.

Pjesa organike e mbetjeve industriale mbulon një spektër të gjerë duke përfshirë

shumicën e komponentëve të mbetjeve organike komunale, si dhe materiale të tjera të

panumërta. Disa shembuj të mbetjeve industriale organike janë mbetjet nga: përpunimi i letrës,

përpunimi i mbetjeve te mishi, fabrikat e birrës dhe nga përpunimi i fibrave tekstile. Ekziston një

larmi e madhe e mbetjeve industriale organike dhe vëllimi i krijuar prej tyre ka shumë potencial

për të ricikluar materiale.

Prodhimi i biogazit është një tjetër përdorim i mbetjeve organike. Biogazi është përdorur

si një burim alternativ i energjisë në disa vende të Botës së Tretë. Ai është prodhuar me ndihmën

e tretjeve të mbetjeve organike nëpërmjet dekompozimit anaerob (pa oksigjen) të mbetjeve të

tilla si plehu organik dhe mbetjet e prodhimit. Tabela e mёposhtme (1.3) paraqet tipet e mbetjeve

organike.

Tabela 1.3 Tipet e mbetjeve organike dhe prodhimi i biogazit

Tipet e mbetjeve organike TS (%)

VS në TS(%)

Prodhimi i biogazit

[m3kg

-1 VS]

Mbetjet organike

komunale

15 – 30 80 – 95 0.5 – 0.8

Llumi i ujёrave të zeza komunale 3 – 5 75 – 85 0.3 – 0.5

Tharm 10 – 18 90 – 95 0.5 – 0.7

Mbetjet e fermentimit 4 – 8 90 – 98 0.4 – 0.7

Mbetjet e frutave 4 – 10 92 – 98 0.5 – 0.8

Përmbajtjet e stomakut të derrit 12 – 15 80 – 84 0.3 – 0.4

Përmbajtjet e stomakut të patrajtuar 12 – 16 85 – 88 0.3 – 0.6

Mbetje bimore 5 – 20 76 – 90 0.3 – 0.4

Barishte të freskëta 12 – 42 90 – 97 0.4 – 0.8

Kërcelli i barishteve 20 – 37 86 – 93 0.7 – 0.8

Barishte 21 – 40 87 – 93 0.6 – 0.8

Kashtë nga drithërat ~ 86 89 – 94 0.2 – 0.5

Plehu organik i gjedhëve 6 – 11 68 – 85 0.1 – 0 .8

Ekskretimet e gjedhëve 25 – 30 75 – 85 0.6 – 0.8

14

Plehu organik i derrit 2 – 13 77 – 85 0.3 – 0.8

Ekskretimet e derrit 20 – 25 75 – 80 0.2 – 0.5

Ekskretimet e pulave 10 – 29 67 – 77 0.3 – 0.8

Ekskretimet e deleve 18 – 25 80 – 85 0.3 – 0.4

Ekskretimet e kuajve 25 – 30 70 – 80 0.4 – 0.6

Mbetjet nga qumështi ~ 8 90 – 92 0.6 – 0.7

Hirrë 4 – 6 80 – 92 0.5 – 0.9

Ku: TS – Mbetjet totale të ngurta

VS – Mbetjet e ngurta organike volative

1.5.2 Prodhimi i Biogazit

Procesi i dekompozimit mund të jetë natyral ose mund të jetë i detyruar artificialisht, nën

kushte të kontrolluara. Një nga nënproduktet e trajtimit anaerob është biogazi. Itodo dhe Phillips

e përshkruajnë biogazin si “gaz i pasur me metan që është prodhuar nga procesi anaerob i

lëndëve organike të quajtur tretje anaerobe”. Itodo dhe Phillips nuk ishin të vetmit që e

përcaktuan në këtë mënyrë biogazin.

GEMET theksoi se biogazi është gaz i pasur me metan, i cili është prodhuar nga

fermentimi i ekskretimeve të kafshëve, i ujёrave të zeza tё kanalizimeve ose nga trajtimi i

mbetjeve me ajër të ngjeshur. Shpërbërja e lëndës organike në mungesë të ajrit mund të përftohet

nga proceset fizike ose kimike në temperaturë të lartë dhe/apo presion, ose nga përdorimi i

mikroorganizmave në temperaturë të afërt me atë të ambientit dhe presion atmosferik.

Megjithatë pavarësisht nga metoda e përdorur gazi i prodhuar është përmendur si biogaz

sepse gjenerohet si rezultat i veprimit të mikroorganizmave mbi mbetjet organike. Kjo është

arsyeja pse biogazi është i përcaktuar me emrin një nënprodukt i zbërthimit biologjik. Gazi është

pa ngjyrë, pa erë dhe relativisht i ndezshëm, i qëndrueshëm dhe jo – toksik. Digjet me një flakë

blu, ka një vlerë kalorifike prej 4500-5000 kcal/m3 dhe përmban metan nga 60% në 70 %. Tabela

1.4 paraqet pёrbёrёsit e biogazit ndёrsa figura 1.9 paraqet procesin e shpёrbёrjes organike.

15

Mbetjet organike

Proçesi anaerob

(pa praninë e oksigjenit)

Proçesi aerob

(në prani të oksigjenit)

Shkatërrim

në

ujë

Në thelb

të

kafshëve

Tretje

hermetike

Natyrale Artificiale

torfë Pleh

organik BiogazLlumë

Impianti mbetjeve,

Organet e kafshëve,

Përmbajta e

ekskremimeve

Amoniak

+ dioksid

karboni

(CO2)

Humus

NatyraleArtificiale

Kompostoja

Amoniak

+ dioksid

karboni

(CO2)

Figura 1.9 Procesi i shpërbërjes organike

Tabela 1.4 Përbërësit e biogazit

Lënda përbërëse Përbërja

Metan (CH4)

55 – 75

Dioksid karboni (CO2)

30 – 45 %

Sulfur hidrogjeni (H2S)

1 – 2 %

Azot (N2)

Hidrogjen (H2)

0 – 1 %

0 – 1 %

Monksid karboni (CO)

Prani gjurmësh

Oksigjen (O2) Prani gjurmësh

1.6 TIPET E TRETJES

Tipet kryesore tё tretjes janё: tretja aerobe (nё prani tё oksigjenit) dhe tretja anaerobe.

Pёrdorim mё tё gjerё ka tretja anaerobe, tё cilёn do ta trajtojmё mё gjerёsisht. Figura 1.10 tregon

procesin e trajtimit anaerob të mbetjeve të ngurta. Nga procesi i tretjes në tank mund të përftohen

përzierje me rreth 3 – 10% mbetje totale të ngurta (TS), shumë prej të cilave janë mbetje të

ngurta të suspenduara.

16

1.6.1 Sistemi anaerob

Sistemi anaerob ndihmon degradimin e produkteve komplekse. Reaksionet qё ndodhin

ndahen në dy kategori kryesore:

A) Reaksione biokimike. Këto janë katalizuar nga enzimat intra ose enzima shtesë

që veprojnë në tankun ku depozitohen mbetjet organike. Degradimi i mbetjeve ështё

ndërmjetësuar nga organizmat shtesë, duke rezultuar në rritjen e biomasës dhe shkatërrimin e

mëvonshëm të tyre.

B) Reaksionet fiziko-kimike. Këto nuk katalizohen nga enzimat.

Procesi anaerobik

Tretja anaerobe është një dekompozim mikrobial i lëndës organike në metan, dioksid

karbonit, përbërësit inorganik dhe mbetjet në mjedisin e oksigjenit të varfëruar dhe prania e gazit

hidrogjen. Ky proces (fig. 1.10), i njohur edhe si biometanogjenez, ndodh natyrshëm në ligatina,

fushat e orizit, zorrët e kafshëve dhe sedimentet ujore. Ai është përgjegjës për ciklin e karbonit

në ekosistem. Figura 1.11 paraqet reaksionin e procesit tё tretjes anaerobike.

Përbërjet organike

Përbërjet organike të

biodegraduara

proteinat karbohidratet yndyrnat

100 %

40 %21% 21%5 %

Aminoacodet,

monosaharidetAcidet yndyrore

Proteinat, yndyrnat, etj

Acetatet H2, CO2

CH4, CO2

46 % 20 %34 %

35 % 12 % 23 % 11 % 11 % 8 %

70 % 30 %

Hidroliza

Enzimat hidrolitike

Acetogenet

Mikroorganizmat

acidogenike

Acetogenet

Mikroorganizmat

acetogjenike

Metanogenet

Mikroorganizmat

metanogenike

Figura 1.10 Paraqitja skematike e procesit anaerob

17

Yndyrnat

Celuloza

Proteinat

Mikroorganizmat

e dekompozimit të

yndyrnave

Mikroorganizmat

e dekompozimit

të celulozës

Mikroorganizmat

e dekompozimit

të proteinave

Faza 1 Faza 2 Faza 3

Komponimet

e tretshme

Acidet

organike

Bakteret

acide

Bakteret

metanogene

Metan

Dioksid karboni

Ujë

Figura 1.11 Reaksioni i procesit të tretjes anaerobike

1.7 AKUMULIMI I CO2

1.7.1 Akumulimi gjeologjik

Mund të përdorim dy mënyra për akumulimin e CO2: akumulimi në formacionet e ujit jo të

pijshëm (ujëra të kripura) dhe në rezervuarёt e naftës dhe gazit. Injektimi i CO2 në rezervuarёt e

naftës është praktikuar gjerësisht në zonat naftëmbajtëse të Permian Basin në Shtetet e

Bashkuara tё Amerikёs. Injektimi në rezervuarët e gazit është aplikuar në Gaz de France në

Detin e Veriut, por përftimi nga këto rigjenerues gazi mbetet i pasigurtë. Gjithashtu mund tё

përdoret mundësia e depozitimit të gazit 2CO në vendet ku ka ujë jo të pijshëm. Kjo mundësi

është vlerësuar të jetë mё e dobishme se dy mundësitë e përmendura më lart. Aktualisht këto

mundësi janë aplikuar në Detin e Veriut, të cilat u drejtuan nga nevoja për të eleminuar CO2 nga

zonat e përftimit të gazit natyror.

1.7.2 Akumulimi në oqeane

Duke qenë se oqeanet kanë rezerva karboni rreth 50 herë më të madha se atmosfera, ata

mendohen që të jenë vendi më i mirë për kapjen dhe akumulimin e 2CO . Pёr kёtё janë parë

mundësi të ndryshme. Pёr sa kohë qё ujërat sipërfaqësore shkëmbejnë 2CO me atmosferën në

një shkallë kohore qё varion nga muaj deri në vite, akumulimi duhet bërë në thellësi në mënyrë

që të parandalohet çlirimi në atmosferë. Në mënyrë që të realizohet akumulimi duhet që gazi të

dispergohet dhe të futet në thellësi të tillë që të tretet përpara se sa të arrijë në sipërfaqe të ujit.

Mënyra e injektimit të gazit jepet në figurën e mëposhtme (figura 1.12).

18

Niveli i detit

1000 m

2000 m

3000 m

4000 m

Shperndarja shtellungave ne rritje

Shperndarja e shtellungave te dobeta

Pellg superkritik

Thellesia e presionit kritik 800 m

Thellesia e notimit (plluskimit) 3000 m

Figura 1.22 Mundësia e grumbullimit të 2CO në oqeane

2CO mund të grumbullohet si fluid superkritik në liqene nëse injektohet në thellësi të

mëdha, në të cilat gazi nuk pluskon në sipërfaqe për shkak të thellësisë në të cilën është

injektuar. Liqene të këtij tipi gjenden në afërsi të zonave që kanë burime të thella të ujёrave

termale të dala në sipërfaqe si rezultat i absorbimit të gazit 2CO .

Janë bërë disa eksperimente në shkallë të vogël investigimi për të parë se si sillen

mjediset ujore (detet) kur janë të kontaminuar me 2CO . Megjithёse zgjidhja e vetme për

akumulimin e CO2 mbeten oqeanet, ato konsiderohen si njё mjedis që mund të thithë CO2 e

atmosferës. Për një kohë të gjatë mendohet që grumbullimi i CO2 në oqeane do të jetë një

zgjidhje për ambientin, por mbetet për t’u zgjidhur problemi i precipitimit të CO2 nëse reagon

me elementë të tjerë në oqean.

1.7.3 Akumulimi në ekosistemin tokësor

Përveç akumulimit të CO2 në oqeane apo në formacionet gjeologjike, në të cilat karboni i

kapur është injektuar direkt në zonat grumbulluese, në akumulimin tokësor është më kompleks

procesi i akumulimit sepse është e vështirë që të kontrollohen dhe identifikohen proceset

biogjeokimike që mund të ndodhin. Po ashtu përcaktimi i kushteve se cila është sasia maksimale

e karbonit që toka duron të mbajë është vështirë të përcaktohet.

Nёqoftёse nisemi nga procesi i kapjes së karbonit nga bimët nëpërmjet fotosintezës kemi

dy raste të cilat paraqiten. Njëri është kthimi i karbonit shpejt në atmosferë nga dekompozimi i

shpejtë i produkteve organike, rasti tjetër është kur karboni qëndron pak më gjatë në biomasë si

karbon i ngurtë i akumuluar. Akumulimi neto tokësor i ekosistemit ka nevojë për një përmirësim

të proceseve që kalojnë karbonin nga “liqenet” ku akumulohej duke kontrolluar faktorë të tillë si:

- Përdorimi i tokës (nëpërmjet ristabilizimit të pyjeve dhe tokave të lagështa)

- Nëpërmjet praktikave të manaxhimit të tokës, veçanërisht duke iu referuar çrregullimit që

ndodh në tokë

- Tipet e pemëve dhe sistemit e prerjes: mbajtja e mbeturinave, përdorimi me efiçencë i ujit

- Rregullimi i komunitetit mikrobial: kontrolli i balancave të popullatave bakteriale

- Plehërimi dhe ujitja duke përfshirë ciklet e thata dhe të njoma

19

Ndonëse rezerva e karbonit në tokë është katër herë më e lartë se sasia në rezervat në

atmosferë (tre herë më shumë në mbetjet e ngurta dhe një herë më shumë në biomasë), kontrolli

aktiv i këtyre faktorëve do të bëjë që impakti të jetë i ulët dhe të kushtojë më pak kapja e

karbonit.

Në të njëjtën kohë emetimet antropogjenike të karbonit janë pjesërisht të ulëta nga një

rritje natyrale në fluksin e karbonit nga atmosfera në tokë që ndodh si rrjedhojë e fotosintezës

dhe kjo bën që të rriten ndryshimet klimaterike. Rezervat e rritjes së akumulimit të karbonit në

ekosistemin tokësor do të ndikojnë në përgjigjet e mekanizmit natyror.

1.7.4 Akumulimi nëpërmjet karbonizimit mineral

Karbonizimi mineral është një metodë e mirë për procesin gjeologjik të grumbullimit të

karbonit. Kjo metodë konsiston në formimin e karbonateve të qëndrueshme nga veprimi i CO2

me oksidet ose silikatet e magnezit, hekurit dhe kalciumit.

Reaksionet tipike të karbonizimit kanë nevojë për 2 ton mineral silikat që të veprojë me

një ton 2CO të kapur. Kështu aplikimi i kësaj metode ka nevojë për operacione të një shkalle

shumë të lartë. Mbetjet alkaline nga shumë procese industriale janë të përshtatshme për t’u

përdorur për karbonizimin mineral në shkallë më të vogël aplikimi. Mbetje të tilla si hiri nga

procesi i djegieve, prodhimi i çimentos, po ashtu dhe ai i përftuar nga procesi i prodhimit të

çelikut përbëjnë një lëndë të parë potenciale për këtë proces. Disa nga mbetjet janë të dobishme

për industritë, por produktet fundore pas karbonizimit mineral kanë një vlerë të lartë ekonomike.

1.7.5 Akumulime të tjera dhe mundësitë e përdorimit

Përdorimi i CO2 si një produkt industrial është dominues në industrinë e përftimit të uresë

( 2 2NH CONH ) si pleh kimik azotik i cili konsumon rreth 65Mt të CO2 të prodhuar për një vit. Të

tjera përdorime janë për përftimin e metanolit, poliuretanëve dhe përdorimi i tij në industrinë

ushqimore. Përdorimi total është vlerësuar tek rreth 120 Mt 2 /CO vit . Edhe pse kjo sasi

përdorimi është e konsiderueshme sërish rritja e përdorimit të 2CO në këto procese është shumë

e limituar nga nevoja për kёto produkte. Po ashtu prodhimi i këtyre produkteve nuk është në sasi

të lartë në mënyrë që të jetë më efikase kapja e CO2 për këto procese.

Dy aplikimet më potenciale, por që kanë impakt në mjedis janë: prodhimi i karbonatit të

kalciumit për përdorim në industrinë e letrës dhe të çimentos dhe përdorimi i drejtpërdrejtë i

gazit 2CO për gjenerimin e biodieselit nga biomasa. Mendohet që aplikimi i mëtejshëm të jetë

kapja e CO2 që në procesin e djegies së dieselit dhe kjo do të ndikonte pozitivisht në procesin e

reduktimit të impaktit negativ në mjedis.

1.7.6 Bazat kimike, fizike dhe biologjike

1.7.6.1 Vetitё fizike të 2CO në ujin e detit

Sjellja e 2CO e injektuar direkt në ujin e detit varet kryesisht nga presioni (dmth thellësia

e tij) dhe nga temperatura e ujit në kohën kur është bërë ky injektim i 2CO . Faktorёt qё ndikojnё

nё kёtё proces janё:

20

Presioni i lëngëzimit në një tempraturë të caktuar: pika në të cilën me rritjen e presionit,

2CO gaz do tё lëngëzohet.

Varёsia e densitetit e 2CO të lëngshëm nga presioni.

Thellësia dhe temperatura në të cilën formohen hidratet e 2CO .

1.7.6.1.1 Presioni i ngopjes

Në tempraturat ( 00 10 C ) dhe në presionet 4 5MPa , 2CO lëngëzohet që i

korrespondon thellёsisё sё ujit 400 500m me një densitet tё lёngut prej 3860 /Kg m në 010 C

dhe 3 0920 / në 0kg m C .

Fuqia ngritëse

Figura 1.13 tregon densitetin e 2CO në ujin e detit kundrejt thellësisё sё oqeanit. 2CO i

lëngshëm kompresohet më shumë se uji dhe bёhet pluskues nё thellёsitё 2500 3000m . Poshtë

kësaj thellësie pikat e lëngshme të 2CO zhyten në fund tё oqeanit.

densiteti subkritike

superkritike

Densiteti

ujit të

detit

Rritja e CO2(l)

Zona tranzite

CO2(l) në thellësi

3( / )d en s ite ti t m

()

thel

lësi

akm

Figura 1.13 Densiteti 2CO në oqean kundrejt thellësisë

o Hidratimi

Hidratet janë një formё komplekse e molekulave, të lidhura dobët nё tё cilat njё

molekulë e huaj futet midis molekulave tё ujit. Ato kanё formёn e figurёs 1.14, ku nё secilin

kulm qёndrojnё atomet e oksigjenit. Stekiometria e strukturës ёshtё me përafërsi në raportin

(1 2 2: 6CO H O ) dhe ёshtё në varësi të tempraturës dhe të presionit të formimit.

21

2 ( )CO molekulë

2( )

uje

atom O

ne

1 4 h id ro g jen e12 hidrogjene

Figura 1.14 Struktura hidrate e 2CO

Hidratet e 2CO mund të formohen në të gjithë sipërfaqen e oqeanit nën thellësinë 400m ,

për aq kohë sa ka mjaftueshëm 2CO të pranishëm dhe në sipërfaqe të cekta 150m në rajonet

polare ku temperatura e ujit arrin në 00 C . Një flluskë gazi 2CO ose pikё lёngu nё thellёsitё ku

hidrati ёshtё i qёndrueshёm do të formojё me shpejtёsi njё cipё tё hollё kristalesh, e cila do tё

kufizojë shpejtёsinё e shpërbërjes së 2CO në mjedisin e ujit tё detit. Hidratet natyrale janë parë

se janë formuar nga flluska gazi tё pasura me 2CO nga ujёrat hidrotermale në thellësinë1500m .

Dendësia e hidrateve tё ngurta tё 2CO është

3 31.11 10 /kg m dhe rrjedhimisht do tё zhytet në

ujin e detit me një dendësi prej 3 31.03 10 /Kg m . Megjithatё dendësia e një mase hidrati tё gaztё

të formuar nga flluskat e gazit apo nga pikat e lёngut tё mbёshtjella nё njё cipё hidrate varet

nga: dendёsia e gazit apo lёngut, trashёsia e cipёs sё formuar dhe masa e pikave.

1.7.7 Injektimi direkt i 2CO

Shkalla antropogjene e 2CO e kapur në oqeane ëshë rritur me rritjen e presionit parcial tё

2CO gjatë këtyre 200 viteve të fundit dhe aktualisht ёshtё nё vlerёn 22.4Gt CO në vit. Ruajtja

afatgjatë e 2CO në oqean mbështetet në mbajtjen e tij në ujërat e thella të cilat kanë një kohë

ventilimi me shekuj.

1.7.8 Shpërbërja direkte e 2CO

Potenciali i ujёrave të thella të oqeaneve për të mbajtur një masë mё të lartë të 2CO të

tretur është paraqitur në fig. 1.15. Duke treguar profilin e përafërt të DIC (Injektimit direkt i

2CO ) për oqeanin Paqësor dhe Atlantik.

22

C inorganik ( )Totali µmol / kg

(m

)th

ellë

sia

atlantik paqësor

Mesi-Atlantikut

20 milion km2

=24Gt-C

Mesi-Paqësorit

50milion km2

=60GT-C

Figura 1.15 Kapaciteti i oqeanit për ruajtjen e 2CO

Një rritje të DIC (Injektimit direkt të 2CO ) prej 50 /mol C Kg , 2% nga nivelet

aktuale, pёr thellёsitё nga 1000 3000m thellësi, paraqet një rritje me 80Gt C e cila është e

barabartë me 14 vitet e botës antropogjene të çlirimit të 2CO në nivelet e vitit 2000 .

23

KAPITULLI II

TEKNOLOGJITË E KAPJES SË CO2

2.1 NJOHURI TЁ PЁRGJITHSHME

Teknologjitё e aplikuara për kapjen e 2CO janë të shumta. Solventë kimik janë pёrdorur

më shumë se 60 vjet më parë për të larguar 2CO nga gazi natyror i papastër dhe teknologjitё e

pastrimit tё gazit natyror vazhdojnë të përdorin këto solventë edhe në ditët e sotme. Veç kësaj,

disa centrale elektrike dhe impiante të tjerë industriale përdorin të njëjtët solvent ose solventё të

ngjashëm për të rikuperuar 2CO nga gazet fluturues në aplikimin nё industritë kimike.

Përfundimisht, një mori metodash alternative janë përdorur për të ndarë 2CO nga përzierjet e

gazeve gjatë prodhimit të hidrogjenit për përpunimin e naftës, prodhimin e amoniakut dhe në

industri të tjera.

Përzgjedhja e një teknologjie për një aplikim kapjeje tё 2CO varet nga shumë faktorë si

p.sh, presioni i pjesshëm i 2CO në rrymën e gazit, kohëzgjatja e rikuperimit të 2CO të kërkuar,

ndjeshmëria ndaj papastërtive (siç janë gazet acide, grimcat e ngurta), pastërtia e dëshiruar e

2CO , kostot kapitale dhe kostot e funksionimit të procesit, kostoja e shtesave të nevojshme për të

minimizuar ndotjen dhe korrozionin. Bazuar në metodën e largimit të 2CO , teknologjitë e kapjes

mund të klasifikohen në kategoritë që vijojnë (figura 2.1):

Absorbimi kimik dhe fizik

Adsorbimi

Distilimi kriogjenik

Membranat

Kapja e CO2

Adsorbimi Absorbimi Ndarja me

membrane

Distilimi

kriogjenik

TSAPSA ESAAbsorbimi

fizik

Absorbimi

kimik

Ndarja e

gazitWGSMR

Absorbimi

i gazit

Inorganik Aminik

Aminat

alkilike

Figura 2.1 Teknologjitё e përdoruara pёr kapjen e 2CO në industri

24

2.1.1 Absorbimi

Proceset e absorbimit kimik dhe fizik janë përdorur gjerësisht në industritë e naftës, gazit

natyror dhe industritë kimike për ndarjen e 2CO . Kapaciteti i solventit tё një gazi të absorbuar

është një funksion i presionit të tij të pjesshëm në njësinë e absorbimit. Në absorbimin fizik

merret një varësi pothuajse lineare ndaj presionit të pjesshëm të gazit. Në absorbimin kimik,

ngarkesa e solventit ka një varësi jolineare ndaj presionit të pjesshëm dhe është më e lartë në

presione të pjesshme më të ulët. Rritje të mëdha në presionin e pjesshëm të gazit të absorbuar

çojnë në rritje shumë të vogla në ngarkesën e solventit. Kjo sjellje është shkaktuar nga një efekt i

ngjashëm me absorbimin e dobët fizik dhe zakonisht rrjedh nga absorbimi i gazit në

komponentin ujor të solventit të përdorur në proces. Kështu, kapaciteti i mbajtur i një solventi

kimik në një proces absorbimi kimik është më i lartë në presione të pjeshme të ulët, ndërsa e

anasjellta është e vërtetë për absorbimin fizik. Metoda kryesore e rigjenerimit në absorbimin

fizik ndodh nga një reduktim i thjeshtë presioni në sistem. Kjo metodë rigjenerimi redukton

koston e operimit.

Në absorbimin kimik, sistemi i nxehjes ose rivlimit është i nevojshëm për rigjenerimin e

solventit dhe mund të jenë me kosto efektive nëse procesi ka furnizime të mëdha me kosto të ulët

dhe temperaturë nxehje të lartë ose avull të disponueshëm për të. Megjithatë me kapacitete

ngarkimi të solventit kimik shumë më të larta, shpejtësitë e qarkullimit të solventit janë shumë

më të ulëta, me kursime të mëdha në koston kapitale.

2.1.1.1 Absorbimi kimik

Absorbimi kimik për kapjen e 2CO është bazuar në reaksionet ekzotermike të një

absorbuesi me 2CO i pranishёm nё një rrymё gazi, mundësisht në temperaturë të ulët. Reaksioni

i anasjelltë quhet shpërthithje (desorbim). Absorbimi kimik është veçanërisht i përshtatshëm për

kapjen e 2CO në presion të pjesshёm të ulët, me solucione amina ose karbonat etj.

2.1.1.1.1 Absorbimi bazuar tek Aminat

Aminat janë komponime organike që rrjedhin nga amoniaku 3(NH ) , në të cilat një ose

më shumë atome të hidrogjenit janë zëvendësuar nga komponentë organikë ose zëvendёsues. Nё

varësi tё numrit tё zëvendёsuesve këto komponime quhen primare, sekondare ose amina

terciare. Aminë e thjeshtë primare është metil-amina 3 2 5(CH NH ose CH N) , me një hidrogjen që

zëvendësohet nga një grup metan 3(CH ) . Grupi organik zëvendësohet zakonisht nga R , duke

dhënë 1

2R NH , 1 2R R NH dhe 1 2 3R R R N për aminat primare, sekondare dhe terciare

respektivisht. Amina më e përdorur zakonisht për kapjen e 2CO është etanolamina (ose

monoetanolamine [MEA]), një aminё primare me 2 2R CH CH OH . Në një tretësirë ujore, MEA

vepron si një bazë e dobët, e cila mund të neutralizojё një molekulë acid të tillё si 2CO . Në këtë

reaksion, formohet nje kompleks i lidhur dobёt qё quhet karbamat (Figura 2.2):

2 2 32R NH CO R NH NHCOO nxehtesiR (2.1)

Nxehtёsia e absorbimit të 2CO në MEA është 2,0 MJ/ kg 2CO . Dy reaksione të tjera ndodhin

dhe rezultojnë si më poshtë:

25

2 2 2 3R NH CO H O R NH HCO nxehtesi (2.2)

dhe formimi i acidit karbonik:

2 2 2 3CO H O H CO (2.3)

Megjithatë, krahasuar me shpejtёsinё e reaksionit në ekuacionin 2.1 për MEA, dy

reaksionet e tjera japin një kontribut minimal në shpejtësinë e përgjithshme të absorbimit të

2CO .

R NH2

CO2

R

O

N

H

O

C

Figura 2.2 Struktura e jonit karbamat

Për një aminë sekondare, reaksioni i karbamatit ekuivalent do të ishte:

1 2 1 2 1 2

2 22 R R NH CO R R NH R R NCOO nxehtesi (2.4)

Ndërsa për aminat terciare, reaksioni është kataliza –bazë e hidratimit të 2CO :

1 2 3 1 2 3

2 2 3R R R – N CO H O R R R – NH HCO

(2.5)

Mund tё ndodhё edhe reaksioni i anasjelltё duke aplikuar nxehtёsi mbi jonin karbamat

duke çuar në reaksionin e anasjelltë sipas tё cilit tretësi origjinal rigjenerohet. Për shembull, për

rigjenerimin e MEA-s:

3 2 2R NH R NHCOO nxeht si 2R NH COë (2.6)

Rigjenerimi i produkteve të reaksionit në Ekuacionin 2.2 ndodh në mënyrë të ngjashme me

reaksionin e anasjelltë :

3 3 2 2 2 HCO R NH nxehtesi e ulet R NH CO H O (2.7)

Maksimumi i 2CO qё vepron me tretёsin (MEA) në reaksionin e ekuacionit 2.1 mund tё

arrijё teorikisht në 0.5 (dmth. një mol 2CO në dy mole tretës), ndërsa reaksioni në ekuacionin

2.2 mund ta arrijë dy herë këtë bashkëveprim (një mol 2CO për mol tretës). Ky bashkёveprim i

lartë mund të arrihet në praktikë nga reaksioni i karbamatit - që është përdorimi i një molekule të

madhe amine, në të cilin reaksioni karbamat pengohet për shkak tё strukturës fizike tё molekulës

aminё.

Duke marrë parasysh tre kërkesat kryesore për tretës efektiv: shpejtёsi e madhe e

reaksionit, energji e ulët rigjenerimi dhe kapacitet i lartë veprimi, zgjedhja midis aminës primare,

sekondare dhe terciare nuk është e drejtpërdrejtë. Për shpejtësinë e reaksionit, më e preferuar do

të jetë amina primare, e ndjekur nga ajo sekondare dhe terciare.

26

Për energjinё e rigjenerimit dhe kapacitetin veprues, më e preferuar do të jetë ajo

terciare, e ndjekur nga ajo sekondare dhe primare. Përzierja e aminës primare, sekondare dhe

terciare në një tretësirë përzierje amine është mundësi per të kombinuar avantazhet e llojeve të

ndryshme te aminave – për shembull, rritja e shpejtësisё sё reaksionit të një amine terciare siç

është metildietanolamine (MDEA) duke shtuar njё aminё sekondare aktivizuese (piperazinё) për

të prodhuar MDEA tё aktivizuar (aMDEA).

Aminat janë subjekt i degradimit në prani të oksigjenit. Aminat primare janë më të

prekshme se aminat sekondare ose terciare. Rezultatet e degradimit janё formimi i një sërë

produktesh tё reaksionit, duke përfshirë acidin formik ( HCOOH ose 2 2CH O ) dhe amoniakun.

2SO dhe 2NO gjithashtu reagojnë me aminat për të formuar kripëra të qëndrueshme ndaj

nxehtësisë (sulfate dhe nitrate), të cilat çojnë në zvogëlimin e kapacitetit absorbues tё tretësit

dhe kërkesave shtesë për rigjenerimin e solventit.

2.1.1.1.2 Absorbimi bazuar tek karbonati

Shpërbërja e shkëmbinjve karbonikë nga acidi karbonik- i formuar nga 2CO është një

proces që heq 2CO nga atmosfera si pjesë e ciklit të karbonit gjeokimik dhe vepron në bazë të

reaksioneve:

2 2 2 3 H O CO H CO (2.8)

2

3 2 3 3CaCO H CO Ca 2HCO (2.9)

Përshpejtimi i këtij procesi natyror është propozuar si një metodë për kapjen e 2CO nga

termocentralet e energjisë ose nga rrymat e gazeve në fabrikat e çimentos, duke përdorur një

reaktor në të cilën gazi rrjedh nëpër një shtrat me gurë gëlqerorë të grimcuar, me një rrjedhë të

vazhdueshme të ujit. Sistemi i absorbimit me karbonat kaliumi 2 3(K CO ) është i bazuar në

reaksionin me dy faza:

2 3 2 3K CO H O KOH KHCO (2.10)

2 3KOH CO KHCO (2.11)

Këto reaksione kanë avantazhin se kёrkojnё energji më të ulët desorbimi në krahasim me

sistemet e bazuara tek aminat (0,9-1,6 MJ/kg - 2CO kundrejt 2.0 MJ/kg- 2CO për MEA)

balancuar nga disavantazhi i shpejtёsisё sё ulёt tё reaksionit nё presion tё ulёt 2CO , tipike për

gazrat rrjedhёse. Megjithatë, shkalla e absorbimit dhe kapaciteti absorbues i solventit mund tё

rritet duke i shtuar piperazinё reaksionit.

Piperazina është një unazë ciklohekzan me dy atome karboni të kundërta qё

zëvendësohen nga grupet funksionale tё aminave (Figura 2.3).

27

Figura 2.3 Struktura e piperazinёs 4 10 2C H N

Skema e zgjeruar e reaksionit tё piperazinёs (PZ) mund të thjeshtohet si më poshtë duke

ndjekur reaksionet në ekuacionet 2.10 dhe 2.11:

3 3KHCO K HCO (2.12)

3 2PZ HCO PZCOO H O (2.13)

3 22PZCOO HCO PZ COO H O (2.14)

Reaksionet karbamat (ekuacionet 2.13 dhe 2.14) dominojnë procesin e absorbimit tё 2CO

dhe, si sistem i drejtepёrdrejtё i 2 3K CO , kёrkon nё mёnyre specifike nxehtёsi mё tё ulёt hyrёse

se MEA për reaksionet e rigjenerimit.

2.1.1.1.3 Absorbimi bazuar te tretёsira ujore e amoniakut

Reaksioni i amoniakut dhe derivateve tё tij me 2CO kanё avantazhin e nxehtёsisё më të

ulët të reaksionit se reaksioni ekuivalent bazuar tek aminat. Një tretësirë ujore e karbonatit tё

amoniumit 4 2 3((NH ) CO ) reagon me ujin për të formuar bikarbonatin e amonit:

4 3 2 2 4 32NH CO CO H O 2NH HCO (2.15)

Absorbimi bazuar tek amoniaku është aplikuar edhe për heqjen e 2SO dhe 2NO .

Përdorimi i amoniakut për kapjen e 2CO potencialisht lejon një sistem me nje tretës të vetëm për

t'u përdorur për kontrollin e emetimeve pёr shumё komponentë tё rrymёs sё gazit.

2.1.1.1.4 Absorbimi bazuar te hidroksidi i natriumit

Reaksionet kryesore që ndodhin në absorbimin e 2CO nga hidroksidi i natriumit janë në

radhë të parë formimi i acidit karbonik nga 2CO dhe uji dhe se dyti bikarbonati i natriumit apo

formimi i karbonatit nga hidroksidi i natriumit (NaOH) dhe acidi karbonik sipas:

2 3 3 2H CO NaOH NaHCO H O (2.16)

28

3 2 3 2NaHCO NaOH Na CO H O (2.17)

Raportet relative tё produkteve fundore tё karbonateve dhe bikarbonateve mund të

kontrollohen, duke rregulluar pH në fazën e absorbimit, për shembull duke shtuar

acid klorhidrik (HCl) . Rigjenerimi i hidroksidit tё natriumit mund të arrihet me shtimin e

gëlqeres (CaO) nё produktet e karbonateve:

2 2CaO H O Ca OH (2.18)

2 3 32Ca OH Na CO 2NaOH CaCO (2.19)

duke dhёnё edhe karbonat kalciumi. Karbonati i kalciumit me ngrohje në ~ 900 C largon ujin:

3 2CaCO nxeht si CaO COë (2.20)

Duke u bazuar nё mënyrёn në të cilën është siguruar nxehtёsia nё kalcifikator, gazi i

shkarkimit mund të jetë njё rrymё e pastër 2CO që mund të komprimohet dhe ruhet, ose një

rrymë gazi e pasur me 2 2CO (~ 20%CO ) , nga i cili 2CO do të duhet të kapet. Ky proces ka

avantazhin e përdorimit të kimikateve të cilat janë të lira dhe me bollëk në dispozicion, por një

disavantazh i konsiderueshëm është se kёrkon energji të lartë për rigjenerimin e 3CaCO (15 GJ

per t-C). Një rrugë alternative për rigjenerimin e solventit është shqyrtuar duke përdorur

reaksionin e gjendjeve të ngurta mes karbonatit të natriumit dhe tritanatit të natriumit

2 2Na O•3TiO , i ashtёquajturi cikli titan. Karbonatet e ngurta dhe tritanatet nxehen në ~

860 C , në kёtë temperaturё pentatitanati formohet dhe çlirohet 2CO :

2 2 2 3(s) 2 2 2(g)(s) (s)5 Na O 3TiO 7Na CO 3 4Na O 5TiO 7CO (2.21)

Pentatitanati i natriumit ftohet dhe shplahet me ujë për rigjenerimin e NaOH:

2 2 2 (aq) 2 2(s) (s)3 4Na O 5TiO 7H O 14NaOH 5 Na O 3TiO (2.22)

Një alternativë për rigjenerimin e solventit kaustik është që vazhdimisht të prodhohet hidroksid

natriumi nga elektroliza e shёllirёs NaCl :

2 2 22NaCl 2H O Na Cl H OH 2NaOH Cl H (2.23)

Kjo është propozuar për një sistem kapjeje që do të prodhojë bikarbonat natriumi tё ngurtë.

2.1.1.2 Absorbimi fizik

Absorbimi i 2CO nga një tretës pёrcaktohet nga ekuilibri avull - lëng i përzierjes me anë

të ligjit të Henri-t, i cili thotë se, në një temperaturë të caktuar, sasia e gazit të tretur në njësinë e

vëllimit të një tretësi është proporcionale me presionin e pjesshëm tё gazit në ekuilibër me

tretësin. Kështu tretshmeria e 2CO 2

( )COK shprehet:

2 2 2 2

/ 1/CO CO CO HCOK C P K (2.24)

29

ku 2COC është përqëndrimi i

2CO , 2COP është presioni parcial i

2CO , dhe 2HCOK është kostante e

ligjit tё Henri-t për 2CO . Ekuacioni 2.24 tregon se përqёndrimi i një solucioni të tillë si

2CO në

një tretës është proporcional me presionin e tij tё pjesshëm mbi tretësin. Në proceset e absorbimit

fizik pёr kapjen e 2CO , kapaciteti i lartë i solventit do të arrihet për rrymën e gazit ushqyes në

presion të lartë, me një përmbajtje të lartë të 2CO , ose të dyja së bashku.

Avantazhi i solventëve të tillë është që 2CO mund të ndahet nga gazet e tjerë duke

zvogëluar presionin, duke çuar kështu në konsum më të vogël energjie. Solventët kryesor fizik që

mund të përdoren për kapjen e 2CO janë: metanoli i ftohtë (procesi Rektisol), dimetil eteri dhe

polietilen glikoli (procesi Seleksol), karbonati i propilenit (procesi i Fluorit) dhe n-metil-2-

pyrolidon (NMP-purisol). Solventi fizik pastrues i 2CO është i mirë provuar, p.sh, në impiantet e

prodhimit të amoniakut. Shumica e këtyre solventëve mund të përdoren në temperatura ambienti

pa humbje të ndjeshme avulli, por mund të kërkojë stade të veçanta larje me ujë për të zvogëluar

humbjet e solventit.

Në përgjithësi, të gjithë solventët fizik duhet të kenë një kapacitet ekuilibri për

absorbimin e 2CO disa herë sa ai i ujit dhe një kapacitet më tё ulët për largimin e përbërësve të

tjerë të rrymës së gazit. Ata mund të kenë viskozitet të ulët, higroskopicitet (aftësi për të thithur

lagështinë) të ulët ose mesatar dhe presion avulli të ulët në temperaturë ambienti. Ata nuk duhet

të jenë korroziv ndaj metaleve të zakonshëm si edhe jo reaktiv me të gjithë komponentët në

rrymën e gazit. Nevojat e zhvillimit të teknologjisë për solventët fizik janë të ngjashme në

princip me ato për solventët kimik. Në veçanti, ka një nevojë për kontaktorët gaz-lëng me

efiçencë më të lartë dhe solventët me kërkesa më të ulëta energjie për rigjenerim.

2.1.1.3 Proceset e përziera të absorbimit

Proceset e përziera të absorbimit përdorin solventë të cilët ofrojnë një kombinim të

absorbimit kimik dhe fizik. Proceset e përdorura aktualisht me qymyr pёr singazin (gaz sintetik)

për largimin e 2CO dhe përbërsve të squfurit janë procesi Shell Sulfinol dhe procesi Amisol të

zhvilluar nga Lurgji.

2.1.1.4 Avantazhet dhe disavantazhet e teknologjive tё absorbimit

Tabela 2.1 paraqet avantazhet dhe disavantazhet e teknologjive tё ndryshme tё

absorbimit.

Tabela 2.1 Avantazhet dhe disavantazhet e teknologjive tё absorbimit

Teknologjia e absorbimit Avantazhet Disavantazhet

Absorbimi kimik Sistemet e

Aminave (p.sh., MEA)

Teknologji e provuar më së

miri me aplikim të gjerë

komercial, duke çuar nё

kosto të ulët kapitale. Gama

e tretësve është e gjerё.

Pikë referimi ekonomike

dhe teknike për të tjerë

sisteme tretësish.

Përqëndrime të ulëta amine

per ti rezistuar kapacitetit

veprues tё korrozionit.

Tolerancë e ulët për 2SO ,

xNO , dhe 2O në oxhakun e

gazit.

Kërkesë e lartë e energjisë për

rigjenerimin e absorbuesit.

30

Sistemet karbonat Kapacitet të lartë veprimi tё

tretësit.

Energjia e rigjenerimit e

kërkuar më e ulët.

Tretshmёri e ulët e

oksigjenit, reduktim i

korrozionit.

Kosto e lartë e shtesave të tilla

si piperazinë

Sistemet e sorbentëve të thatë Kosto potencialisht më të

ulët dhe kërkesa pёr

ngrohje mё e ulёt se sa

sistemet me bazë amine.

Kompleksitet mekanik për

shkak të trajtimit tё solideve

Tretesirë ujore e amoniakut Energji rigjenerimi e ulët.

Mungesa e degradimit tё

tretësit gjatë absorbimit dhe

ciklit tё rigjenerimit.

Presion i lartë rigjenerimi.

Tolerant ndaj 2O dhe

ndotësve të tjerë.

Mundësia e prodhimit të

sulfatit tё amonit dhe

nitrat amonit (plehra).

Nxehtësia e sorbentit për

shkak të nxehtësisë së

formimit kërkon temperatura

të sakta dhe uniforme nё

reaktor si dhe kontroll të

vazhduar.

Volatiliteti i lartë i tretësit

kërkon temperatura operative

të reduktuara.

Humbje e madhe e tretësit

gjatë rigjenerimit në

temperaturë të lartë.

Amoniak i ftohtë

Energjia e rigjenerimit e

ulët.

Mungesa e degradimit të

tretësit gjatë absorbimit dhe

ciklit tё rigjenerimit.

Kushtet e punës pranë ngrirjes

për të kufizuar humbjet e

tretësit.

Ekziston mundёsia për

parregullsi për shkak të

bikarbonatit tё amoniakut të

ngurtë.

Tretësirë jonike e kthyeshme

Kosto e ulët e tretësit.

Volatilitet dhe humbje

shumë e ulët e tretësit.

Ngrohje shumë e ulët e

adsorbimit (10 - 15% e

MEA).

Stabilitet të lartë termal.

Metodё e dyfishtë (tretësit

fizikë plus kimikë) me

kapacitet të lartë veprimi.

Koston e lartë e prodhimit të

tretёsirave jonike.

Viskozitet të lartë, duke

reduktuar shkallën e

absorbimit dhe rritjen e

ngarkesës sё energjisë për

transportin e fluidit.

31

Hidroksid natriumi

Kosto të ulët dhe bollëk të

kimikateve tё nevojshme.

Të gjitha hapat e procesit

janë aktualisht teknologji të

provuara, të zbatuara në

industritë e tjera.

Kërkesë të lartë të energjisë

në fazёn e ndërmjetme tё

kalcinimit, rigjenerimin e

produktit 3(CaCO )

Humbje të mëdha të ujit dhe

tretësit në kullën e kontaktit

2.1.2 Adsorbimi

Focat ndërmolekulare ndërmjet gazeve si dioksidi i karbonit dhe sipërfaqes së disa

materialeve të ngurtë lejojnë ndarjen me adsorbim. Adsorbimi selektiv i gazeve varet nga

temperatura, presionet e pjesshme, forcat sipërfaqësore dhe madhësitë e poreve të adsorbentit.

Adsorbentët e ngurtë si: karboni i aktivizuar dhe sitat molekulare janë vendosur si bazamente të

paketuara të pjesëzave sferike. Procesi operon në një cikël të përsëritur të adsorbimit dhe

rigjenerimit. Në adsorbim, gazi futet në shtratin e adsorbuesit të ngurtë që adsorbon 2CO dhe

lejon gazet e tjerë të kalojnë pa u kapur. Kur adsorbuesi mbushet plot me 2CO , ushqimi i gazit

futet në një tjetër shtrat adsorbimi të pastër dhe adsorbuesi i mbushur me 2CO rigjenerohet për

të larguar 2CO e kapur. Në adsorbimin me ndryshim presioni, adsorbenti rigjenerohet duke ulur

presionin. Në adsorbimin me ndryshim temperature, adsorbenti rigjenerohet duke rritur

temperaturën dhe në adsorbimin me ndryshim elektriciteti, rigjenerimi bëhet duke kaluar një

elektricitet me voltazh të ulët përmes adsorbentit.

Adsorbimi nuk konsiderohet akoma si një metodë e mirë për ndarjen e 2CO në shkallë

industriale, për arsye se kapaciteti dhe selektiviteti pёr 2CO i adsorbentëve aktual është i ulët.

Megjithatë, adsorbimi mund të jetë i suksesshëm në kombinim me një teknologji tjetër kapjeje.

Nevojiten adsorbentё, të cilët mund të operojnë në temperatura më të larta në prani të avullit me

kapacitet të madh dhe selektivitet të përmirësuar.

2.1.3 Ndarja me distilim kriogjenik

Ndarja kriogjenike është përdorur gjerësisht për pastrimin e 2CO nga rrymat që kanë

përqëndrime të larta 2CO (tipikisht > 50%). Normalisht nuk përdoret për largimin e 2CO nga

gazet fluturues që vijnë nga përdorimi i qymyrit ose i gazit natyror si lёndё djegëse sepse sasia e

energjisë që nevojitet për ftohje nuk është ekonomike. Ndarja kriogjenike ka avantazhin se

mundëson prodhimin direkt të 2CO të lëngët.

Aplikimet më premtuese të ndarjes kriogjenike janё ndarja e 2CO nga gazet me presion

të lartë, si në proceset e kapjes paraoksiduese, ose në djegien me lëndë djegëse me oksigjen në të

cilat gazi hyrës përmban një përqëndrim të lartë 2CO .

32

2.1.4 Ndarja me membrana

Membrana është një barrierë e hollë, e cila lejon depërtim selektiv dhe specifik nën

kushte të përshtatshme. Në lidhje me kapjen e 2CO , dy tipe sisteme membranash u studiuan:

a) Membranat e ndarjes së gazeve

b) Membranat e absorbimit të gazeve

2.2 SISTEMET E NDARJES SË GAZEVE ME MEMBRANË

2.2.1 Konsiderata të përgjithshme

Aplikimi i parë i membranave për ndarjen e gazeve është bërë në vitin 1980 për ndarjen e

hidrogjenit nga oksigjeni ose azoti dhe për ndarjen e 2CO nga gazi natyror. Një numër

aplikimesh të hershme për ndarjen e gazit me membranë janë përmbledhur në tabelën 2.2.

Tabela 2.2 Aplikimet dhe teknologjitë e hershme të ndarjes me membrana Aplikimi Teknologjia

Rikuperimi i hidrogjenit nga prodhimi i

amoniakut

Membranat polimerike fibër-zgavër

Ndarja e azotit nga ajri Membrana polimerike fibёr-zgavër

Ndarja e 2CO nga metani dhe etani Membrana acetil acetat celulozë joporoze e

aktivizuar

Ndarja e 2CO nga metani dhe etani Membrana acetat celulozë fibër spirale dhe zgavër

Zbulimi i madh teknologjik, që solli përdorimin e membranave në shkallë industriale,

ishte zhillimi i membranave polimerike kompozite në të cilat një shtresё e hollë selektive është e

lidhur me një më të trashë jo selektive dhe shtresa jo të kushtueshme që sigurojnë një mbështetje

mekanike.

Membranat kanë një përdorim të madh për kapjen e 2CO nga gazet fluturues në oxhakët

pas djegies. Një mori e madhe e teknikave të ndryshme të membranave janë potencialisht të

aplikueshme duke përdorur teknologji të provuara të cilat janë tashmë të zhvilluara në shkallë

industriale aq mirë sa dhe teknologjitë e reja, të bazuara në materialet e avancuara të cilat janë në

kërkim dhe në zhvillim.

2.2.2 Karakteristikat fizike dhe kimike të membranave

Konceptualisht një membranë vepron si një filtër, duke ndarë një komponent të caktuar

(të depërtueshmin) nga një përzierje gazesh në rrymën e ushqimit. Ky proces “filtrimi” mund të

përshijë një numër procesesh fizike dhe kimike të ndryshme të cilat varen nga materiali dhe

struktura e membranave.

Dy skema të thjeshta të ndarjes me membrana janë ilustruar skematikisht në figurën 2.4.

Një rrymë gazi hyn dhe gazi i depërtueshëm del në pjesën e poshtme të rrymës, pasi ka kaluar

përmes membranës. Pjesa e rrymës së ushqimit që nuk depërton është quajtur e padepërtueshme

33

dhe mund të largohet, por me përqëndrim më të vogël të komponentit të depërtueshëm (si në

rrjedhjen kryq në rastin a) ose të depozitohet vazhdimisht (si në rrjedhjen e fiksuar dmth me

rrugë të mbyllur si në rastin b).

Karakteristika kryesore e membranave që përcakton mekanizmin për transportimin e

molekulave të depërtueshme është poroziteti, kështu membranat klasifikohen si poroze dhe jo

poroze. Për membranat poroze madhësia e porit përcakton dhe madhesinë e grimcave, të cilat

mund të kalojnë përmes membranës siç tregohet në tabelën 2.3.

Tabela 2.3 Klasifikimi i membranave poroze

Klasifikimi i poreve Madhësia e poreve Klasifikimi i filtrimit

Makropore >50 nm (50 Å) Mikrofiltrim

Mezopore 2-50 nm (20-500 Å) Ultrafiltrim

Mikropore 1-2 nm (10-20 Å) Nanofiltrim

Nanopore <1 nm (10 Å) Sitisje molekulare

Në shkallë makroporoze, rrjedhja e gazit dominohet nga forcat viskoze duke difuzuar

derisa madhësia e porit zvogëlohet nën gjatësinë mesatare të rrugës së lirë të molekulave të gazit.

Nën 10 Å , ndërsa dimensioni i porit i afrohet dimensionit molekular, rrjedhja është në rritje

dominuese nga bashkëveprimi sipërfaqёsor në muret poroze dhe kjo quhet sitisje molekulare.

Ndonjëherë kur shkalla e poreve bie në 1 Å ndodh një mekanizëm transporti difuzion-tretje në

vend të sitisjes molekulare.

Ushqimi I padepertueshmi

I depertueshmi

Ushqimi

I depertueshmi

Pjesa e

padepertueshme

grumbullohet mbi

membrane

Rryma e kundert e qarkullimit Rryma e qarkullimit

a)b)

Figura 2.4 Konfigurimet e membranave: a) rrjedhja kryq, b)rrjedhja me rrugë të

mbyllur

2.2.3 Proceset e transportit të membranave poroze

Natyra fizike e proceseve të transportit që ndodhin në membranat poroze varet nga

madhësia e poreve në membranë dhe nga temperatura dhe presioni i gazit në rrymën e ushqimit.

Regjimet e ndryshme të transportit karakterizohen nga numri Knudsen KnN , i cili është i

barabartë me raportin e gjatësisë mesatare të rrugës së lirë të molekulave të gazit për

komponentin i ( i ) me diametrin mesatar të poreve në membranë ( 0d ) :

0Kn iN λ d (2.25)

34

Rrjedhja viskoze kapilare

Nëse diametri i porit është shumë më i madh krahasuar me gjatësinë mesatare të rrugës së lirë

të molekulave të gazit ( KnN < 0.001), fluksi i gazit jepet nga ekuacioni i Pauzelit (Poiseuille) për

rrjedhjen viskoze përmes kapilarëve (figura 2.5):

2

i avJ r PP (8µRTL) (2.26)

ku iJ është fluksi i gazit komponentit i, P është diferenca e presionit permes membranës, avP

është presioni mesatar brenda një kapilari, r është rrezja përfaqёsuese e porit, µ është viskoziteti i

gazit, R është konstantja e gazit, T është temperatura º K dhe L është gjatёsia e kapilarit (e cila

duke mos marrë parasysh përdredhjen e porit, është e barabartë me trashësinë e membranës).

Fluksi gjithashtu mund të shprehet në termat e porozitetit të membranës:

2

iJ r P /(8µL) (2.27)

Difuzioni Knudsen

Nëse gjatësia mesatare e rrugës së lirë është shumë më e madhe se rrezja e porit të

membranës ( KnN > 100), molekulat e gazit mund të ndeshen më shpesh me muret poroze se sa

me molekulat e tjera të gazit. Kjo situatë është quajtur si rrjedhja e lirë e molekulave ose rrjedhja

Knudsen (figura 2.6) dhe fluksi në këtë rast përcaktohet nga ekuacioni Knudsen:

1/2/ 2 (8 / ) / 3i i iJ D P RTL r P RT M RTL (2.28)

Figura 2.5 Rrjedhja viskoze kapilare Figura 2.6 Difuzioni Knudsen

ku 1/2(2 / 3) (8 / )i iD r RT M është koeficenti i difuzionit Knudsen për komponentin i dhe iM

është pesha molekulare e gazit. Ekuacioni (2.28) tregon se në qoftë se dy specie gazi

transportohen nёpёr njё membranё nën kushte rrjedhje Knudsen, atëherë raporti i flukseve

( /i kJ J ) ndryshon invers proporcional me raportin e masave molekulare:

1/2/ ( / )i k k iJ J M M (2.29)

35

Në regjim kalimtar midis difuzionit Knudsen dhe rrjedhjes Pauzel (0.001 < KnN < 100)

kërkohen faktorë korrektues për të llogaritur ndryshimin e efektit molekular dhe përplasjes në

sipërfaqen e porit. Ekuacioni (2.28) mund tё korrigjohet me faktorin e korrigjimit porozitet-

përdredhje T duke zëvendësuar iD për një por të vetëm me

iD për një hapsirë poroze:

i hapesires poroze nje pori te vetem /iD D T (2.30)

Varësia e peshës molekulare në rrjedhjen Knudsen paraqet mundësinë e rrjedhjes

selektive të gazeve përmes membranës. Megjithatë siç tregohet dhe në tabelën 2.4 selektiviteti që

mund të arrihet për proceset e ndarjes sё gazeve është i limituar në sajë të diferencave relativisht

të vogla të peshave molekulare.

Si pasojë membranat mezo dhe makroporoze të shfaqura në rrjedhjen Knudsen nuk janë

efikase për aplikime direkte të ndarjes së gazeve. Megjithatë këto membrana propozohen të

përdoren në kontaktorët e membranave gaz-lëng të cilët po zhvillohen si një alternativë në kullat

e absorbimit me amina për rikuperimin e 2CO nga gazet fluturues.

Tabela 2.4 Selektiviteti i membranave poroze nën kushtet e rrjedhjes Knudsen

Në këtë aplikim gazet fluturues rrjedhin përmes poreve të një moduli pako membranash

fibër-zgavruara tё mbushura me një absorbues 2CO të lëngët siç është amina apo me një solucion

kripe aminoacide duke rrjedhur në rrymë të kundërt me rrjedhjen e absorbentit nё tubat e

modulit. Figura 2.7 tregon këtë proces të absorbimit të gazeve me membrane.

Në këtë aplikim vetë membrana nuk ofron selektivitet duke patur njё diametër tipik

nominal pori në rangun e 0,2 µm.

Një supozim i rëndësishëm mbështetur në llogaritjet e fluksit në rrjedhjen Knudsen është

se bashkëveprimi ndërmjet molekulave të depërtueshme (që depërtojnë membranën) dhe

sipërfaqes së poreve është thjesht shkëmbim i momentit të molekulave qё pёrplasen. Adsorbimi

dhe desorbimi supozohet të jenë në ekuilibër dhe efekti i difuzionit në sipërfaqe neglizhohet.

Kur diametri i porit të membranës afrohet me dimensionet e molekulave që përshkojnë

membranat, këto supozime nuk janë më të vlefshme dhe ndërveprimi midis molekulave të

përshkueshme dhe sipërfaqeve tё poreve bëhet faktor i rёndёsishёm në përcaktimin e fluksit.

Komponentët e gazit Raporti i masave molekulare Raporti i fluksit

Knudsen

2 2/CO H 21.83 1/4.67

2 4/CO CH 2.75 1/1.66

2 2/CO N 1.57 1/1.25

2 2/O N

1.14 1/1.07

36

Figura 2.7 Membranat gaz-lëng për largimin e 2CO nga gazet fluturues

Difuzioni në sipërfaqe dhe kondensimi kapilar

Në rrjedhjen Knudsen të një përzierje gazesh, një komponent me një peshë molekulare

më të madhe dhe me polaritet e aftësi për t’u polarizuar më të madhe, do të jetë më i

preferueshëm të adsorbohet në sipërfaqen poroze (figura 2.8).

Difuzioni siperfaqesor Difuzioni kapilar

Figura 2.8 Efektet e difuzionit sipërfaqësor dhe kondensimit kapilar

Kjo mund të rrisë shkallën e përshkueshmërisë së komponentit të adsorbueshëm duke i

shtuar fluksit të difuzionit Knudsen një fluks difuzioni të sipërfaqes. Selektiviteti gjithashtu

mund të rritet pёr sa kohë qё speciet e adsorbuara munden kryesisht të reduktojnë hapësirat e

poreve të vlefshme për difuzionin e komponentëve të tjerë, veçanërisht nëse madhësia e porit

është e rangut dy-tri herë të diametrit kinetik të species së adsorbuar.

Efektet sipërfaqёsore mund të ndihmohen duke modifikuar sipërfaqet poroze, për

shembull duke shtuar një grup funksional që ndihmon adsorbimin. Nëse adsorbimi vazhdon

pёrtej një monoshtrese, atëherë mund tё ndodhё kondensimi kapilar.

Si pёrfundim poret mund të bllokohen nga kondensati dhe difuzioni i komponentëve të

tjerë do të pengohet ndёrsa në thelb selektiviteti rritet.

Sitisja molekulare

Sitisja molekulare është procesi që zë fill nga rrjedhja Knudsen, atëherë kur diametri i

poreve afrohet me diametrin e molekulave të cilat tentojnë të kalojnë përmes membranës poroze.

Sitat molekulare janë materiale me madhësi pori në dimension molekular brenda të cilave, duke

37

mos marrë parasysh efektet sipërfaqёsore, selektiviteti është një funksion i madhësisë sё

molekulёs dhe speciet molekulare më të vogla kanё shpejtësi difuzioni më të mëdha.

Në studimet e sitave molekulare, molekulat që depërtojnë janë quajtur zakonisht

molekula “mysafire”. Në këtë shkallë as muret poroze as molekulat “mysafire” nuk mund të

konsiderohen të qëndrueshme; lëkundja termike e strukturës rrjetore të materialit të membranës

dhe të molekulës mysafire (që përshkon membranën) mundet të dyja të japin një shkallë

fleksibiliteti (figura 2.9).

Madhësia efektive e një molekule hidrogjen, azot ose 2CO është përcaktuar nga një

kombinim i gjatësive të lidhjeve midis atomeve përbërës dhe rrezes së Van der Valsit, e cila

karakterizon zonën e resë elektronike që rrethon çdo bërthamë atomike (tabela 2.5).

Madhësia e molekules “mysafire” karakterizohet nga diametri i saj minimal në gjendje

ekuilibri dhe ky njihet si diametri minimal kinetik. Tabela 2.5 paraqet dimensionet e zakonshme

tё molekulave.

Figura 2.9 Sitisja molekulare

Tabela 2.5 Dimensionet e zakonshme të molekulave

Elementi Gjatësia e lidhjes

(Å= 1010 m )

Rrezja e Van der Valsit

(Å)

Diametri kinetik

( md Å)

Hidrogjen 1.97 1.20 2.89

Azot 1.04 1.55 3.64

Oksigjen 1.21 1.52 3.46

2CO 1.42 (një lidhje) 1.70 (karboni) 3.35

Metan 1.09 (një lidhje) 2.00 3.80

2H O 0.96 (një lidhje) 3.12 2.65

38

Transporti i molekulave të gazit përmes rrjetit gjarpёruesh të poreve të sitës molekulare

ndodh përmes një kombinimi të difuzionit brenda hapësirës së porit, adsorbimit dhe difuzionit

sipërfaqёsor në sipërfaqet e poreve.

Atomet ose molekulat e gazit difuzojnë në sipërfaqet e poreve pёr shkak tё gradientit të

përqëndrimit midis rrymës së ushqimit dhe rrymës qё largohet (molekulat e depërtueshme) të

membranës. Këto efekte të difuzionit sipërfaqёsor mund të bëhen të rëndësishme vetëm në

temperatura të ulëta pёr sa kohë qё adsorbimi nuk mund të ndodhë më sepse energjia termike e

molekulës së gazit tejkalon nxehtësinë e adsorbimit.

Për një përzierje gazesh, difuziteti brenda poreve varet nga madhësitë e molekulave. Nëse

forcat e adsorbimit e dy specieve janë të njёjta, membrana do të bëhet selektive për molekulën

më të vogël. Megjithatë nëse madhësitë molekulare janë të ngjashme, selektiviteti pёrcaktohet

nga forca e adsorbimit. Ndërmjet gazeve të rëndësishëm 2 2 4 2, , ,CO N CH H , 2CO ka nxehtësinë

më të lartë të adsorbimit mbi zeolitet dhe minerale të tjerë me sipërfaqe polare dhe membranat e

ndёrtuara nga këto materiale janë si pasojë selektive për 2CO në temperatura të ulëta.

Nëse vendndodhjet e afërta të adsorbimit janë të ndara nga një barrierë energjitike si në

rastin e shumë adsorbantëve në zeolit, nevojitet një energji aktivizimi për të mundësuar një

grimcё shtesё për të kaluar nga një vendndodhje adsorbimi në një tjetër. Ky variant i difuzionit

në sipërfaqe njihet si difuzion i aktivizuar. Një tjetër shembull i difuzionit të aktivizuar është

kalimi i molekulës “mysafire” përmes një pori që është i të njëjtës madhësi ose pak më i vogël se

diametri i molekulës difuzive. Disa shembuj të rëndësishëm të materialeve të sitave molekulare

si zeoliti, karboni i aktivizuar, dhe silica mikroporoze janë krahasuar në tabelën 2.6.

Tabela 2.6 Krahasimet e materialeve të sitave molekulare

Materiali Përshkimi Shembuj aplikimesh

Zeolit

Minerale mikroporoze alumosilikate me

madhësi poresh të mirë përcaktuara në

rendin e 3-13Å, të pёrcaktuara nga përbërja

specifike kimike dhe struktura kristalore.

Selektiviteti mund të ndryshohet në një

gamё të gjerë duke modifikuar strukturën

dhe kiminë e zeolitёve sintetike.

Ndarja e hidrogjenit për sitat

3Å dhe ndarja e 2 2/CO N

ose 2 4/CO CH për sitat 4Å.

Karboni i

aktivizuar

Karboni i aktivizuar është një strukturë

amorfe, me rrjetë jo të rregullt të pllakёzave

të karbonit grafit me hapësira të ndërmjetme

që i detyrohen prezencës sё lidhjeve me

hallka të kryqëzuara tё atomeve të karbonit

dhe atomeve të huaja ndërmjet shtresave.

Sitat molekulare të karbonit përdorin karbon

të aktivizuar me një rrjetë poroze të shkallës

molekulare.

Ndarja e 2 2/H CO produkte

të procesit tё gazifikimit.

Ndarja e oksigjenit nga ajri

CMS, sitat molekulare të

karbonit

Kompozit silic-

alumin

Silica mikroporoze (me diametër poresh

3 )Å të depozituara në mbështetëse

mezoporoze alumini.

Ndarja e 2 2/H CO nga

produktet e gazta tё procesit

tё gazifikimit.

39

Transporti shumëkomponentësh, shumëfazor përmes një site molekulare, duke përfshirë

difuzionin sipërfaqёsor, është përshkuar matematikisht duke përdorur formulimin Stefan-

Maxwell, i cili llogarit bashkëveprimin membranё-molekulё e difuzuar dhe molekulё e difuzuar

1- molekulё e difuzuar 2. Një shembull i bashkëveprimeve molekulё e difuzuar 1-molekulё e

difuzuar 2 është efekti i adsorbimit konkurues. Kjo ndodh kur vendndodhjet e disponueshme të

adsorbimit bëhen të ngopura nga komponenti më i fortë adsorbues, duke bllokuar transportin e

komponentit tjetër që i detyrohet mungesës së vendndodhjes së adsorbimit ose sepse shtresat e

adsorbuara reduktojnë madhësinë e poreve të lira nën diametrin kinetik të komponentit tjetër.

Kur thjeshtёzohet problemi për një komponent të vetëm, shprehja e Stefan-Makswellit për

difuzionin në sipërfaqe gjithashtu njihet si ekuacioni Darken dhe jep fluksin që i detyrohet

difuzionit në sipërfaqe në formën:

,0 1( ) (0) (1- ) exp( ) /D S

s ngop s

EJ T q D d dx

RT (2.31)

Ku: sJ - fluksi për shkak të difuzionit në sipërfaqe në temperaturën T ;

- densiteti i materialit të membranes;

ngopq -vëllimi molar i ngopur i gazit të adsorbuar nga membrana;

0

sD (0) - difuziteti i sipërfaqes së kufizuar,

- fraksioni i vendndodhjeve të disponueshme të adsorbimit që janë të zëna,

,D SE - energjia e aktivizimit e difuzionit në sipërfaqe,

R - konstantja e gazit,

x -dimensioni linear paralel me rrjedhjen përmes membranës.

Varësia e përshkueshmërisë dhe e selektivitetit të një site molekulare me bashkёveprimin

me sipërfaqen midis molekulës mysafire dhe sipërfaqeve të porit, çel mundësinë e arritjes së

selektivitetit dhe përshkueshmërisë nё vlera tё larta duke pёrdorur sipёrfaqe me pore

nanoinxhinierike për të rritur shpejtësinë e difuzionit në sipërfaqe të molekulёs së dëshiruar.

Zeolitet sintetike janë shqyrtuar gjerësisht në këtë aspekt meqë karakteristikat jonike tё

sipërfaqes mund të kontrollohen duke ndryshuar përbërjen e zeolitit. Disa shembuj të

selektivitetit të 2 2/CO N dhe përshkueshmërisë të 2CO për këto membrana (sita molekulare jono

shkëmbyese zeolite) në diapazonin e temperaturës 35-40oC, tregohen në tabelën 2.7, që ilustron

përgjithësisht lidhjet e anasjellta midis përshkueshmërisë dhe selektivitetit për një lloj materiali

të veçantë.

Tabela 2.7 Membranat zeolitike jono shkëmbyese: performanca e sitisjes molekulare të

2 2CO N

Materiali Selektiviteti 2 2CO N Përshkueshmëria e 2CO (mol m-2

s-1

Pa-1

)

Li (20%) Y 10 7 x10-7

Li Y 4 2 x10-6

K (62%) Y 39 5 x

K Y 30 1.4 x

40

Procesi i transportit difuzion-tretje

Procesi i ndarjes së gazeve duke përdorur membranat joporoze ndodh në një proces me dy

hapa në të cilin gazi i përshkueshëm fillimisht tretet në membranë dhe pastaj difuzon përmes saj,

(figura 2.10). Ndarja e hidrogjenit realizohet duke përdorur një membranë metalike të dendur në

një shembull të tillë, me adsorbimin e hidrogjenit në anën e ushqimit të sipërfaqes të membranës

metalike të ndjekur nga disocijimi i molekulave të hidrogjenit dhe difuzioni i protoneve në

rrjetën e membranës. Molekulat e hidrogjenit pastaj rigjenerohen në anën e përshkueshme të

membranës dhe desorbohen në rrymën e përshkueshme.

Figura 2.10 Procesi i transportit difuzion-tretje

Efektiviteti i procesit difuzion–tretje përcaktohet nga sa mirё gazi që depërton

membranën (për shembull dioksidi i karbonit ose hidrogjeni) adsorbohet në membranë dhe pastaj

sa shpejt ai difuzon nёpёr membranë. Tretshmëria e gazit të depёrtueshёm në membranë

kontrollohet nga ligji i Henrit, i cili konstaton që në një temperaturë të dhënë sasia e një gazi të

tretur në njësinë e vëllimit të një mjedisi është proporcionale me presionin e pjesshëm të gazit në

ekuilibёr me mjedisin. Kjo për komponentin e depërtueshëm shprehet:

i i Hi i iC P K PK (2.32)

Ku: iC - përqëndrimi i komponentit tё tretur,

iP -presioni i pjesshëm,

HiK - konstantja e ligjit të Henrit,

iK -tretshmëria e komponentit i.

Duke marrë në konsideratë ndarjen e 2CO shit , tretshmëria e gazit (2COK ) shprehet:

2 2 2 2/ 1/CO CO CO HCOK C P K (2.33)

Difuzioni përmes një membrane joporoze është shprehur në ligjin e parë të Fikut për difuzionin :

2 2 2/CO CO COJ D C L (2.34)

41

ku: 2COJ -fluksi i 2CO përmes njësisë të sipërfaqes së membranës,

2COD -koeficenti i difuzionit ose difuziteti i 2CO në membranë,

2COC -diferenca e përqëndrimit të 2CO në membranë midis sipërfaqeve të rrymës së

sipërme dhe rrymës së poshtme.

Duke zëvendësuar 2COC nga ekuacioni (2.33) në ekuacionin (2.34) marrim:

2 2 2 2/CO CO CO COJ D K P L (2.35)

ku 2COP është diferenca e presionit të pjesshëm të 2CO përmes membranës.

Produkti i tretshmërisë me difuzitetin është përshkueshmëria e membranës nga

komponenti molekular. Gaze të tjerë në rrymën e ushqimit mund gjithashtu të treten dhe të

difuzojnë përmes membranës në varësi të tretshmërive dhe difuziteteve të tyre specifike. Raporti

i shpejtësive të fluksit për dy komponentë i dhe j nihet si selektiviteti i membranës:

1/ /j i kJ J (2.36)

Membranat polimerike janë një klasë e rëndësishme membranash joporoze të cilat

operojnë me mekanizmin difuzion-tretjen dhe përbëhen nga një shtresë selektive e hollë dhe e

dendur e mbështetur nga një shtresë më pak e dendur, poroze dhe si pasojë shtresë mbështetëse

jo selektive. Trashësia minimale e shtresës selektive diktohet (kërkohet) nga nevoja për të

maksimizuar përshkueshmërinë (dhe si pasojë fluksin përmes membranës) dhe për të minimizuar

koston (shtresa selektive duke qënë me kosto të lartë për shkak të materialeve të përcaktuara dhe

kërkesave të përgatitjes). Performanca e membranave polimerike mund të zmadhohet duke rritur

tretshmërinë dhe shpejtësinë e difuzionit të gazit që dëshirohet të depërtojë. Tretshmëria

kontrollohet duke ndryshuar përbërjen kimike të materialit polimerik, ndërsa shpejtësia e

difuzionit kontrollohet duke ndryshuar paketimin fizik të polimerit brenda membranës, një

karakteristikë kjo që varet shumë nga mënyra e prodhimit të membranës. Selektivitete shumë të

larta mund të arrihen me këto mënyra por mund të operohet vetëm në temperatura relativisht të

ulëta, tipikisht jo mbi 100 C .

Nën temperaturën e qelqëzimit membranat janë të sheshta dhe të shkëlqyeshme si qelq, të

forta dhe më pak të depërtueshme, por gjithashtu ka boshllëqe mikroskopike ndërmjet zinxhirit

polimerik si rezultat i paketimit jo perfekt. Kjo tepricë e volumit të lirë ka një efekt të

rëndësishëm në performancën e membranave të qelqta si rezultat i rritjes së tretshmerisë për

shkak të adsorbimit të gazit të depërtueshëm në siperfaqet boshe. Ky adsorbim është përshkruar

nga ekuacioni i Lengmyrit (Langmuir) për adsorbimin:

max, / (1 )Li i i i i iC C P P (2.37)

Ku: LiC -përqëndrimi i adsorbimit në sipërfaqet mikroboshe,

max,iC -përqëndrimi maksimal i adsorbimit,

i - konstantja e adsorbimit e Lengmyrit,

iP -presioni i pjesshëm i komponentit i.

Përqëndrimi total i pёrzierjes nga ekuacionet (2.32) dhe (2.37) është :

42

max, / (1 )i i i i i i i iC PK C P P (2.38)

Membranat me formë të përzierë kombinojnë veçoritë më të mira të materialeve

polimerike dhe materialeve sita molekulare. Membranat okside të metaleve qeramike të dendura

joporoze që bazohen në procesin e difuzion-tretje janë shqyrtuar për ndarjen e 2CO në

temperatura të larta. Okside të tillë si 2 3Li ZrO janë veçanërisht të përshtatshme, duke qënë se

kanë kapacitet të lartë adsorbimi të 2CO (0.1 kg/kg në temperaturë 600 C dhe 2

70 COP kPa )

dhe adsorbim të neglizhueshëm të gazeve të tjerë si hidrogjeni.

Figura 2.11 paraqet strukturёn e membranёs matricё.

Figura 2.11 Struktura e membranës matricë e përbërë fibër-zgavruar

2.2.4 Membranat me transport të lehtësuar

Procesi difuzion-tretje i përshkuar më lart është një shembull i një mekanizmi transporti

membrane jo aktive, në të cilën gazi që depërton lëviz me difuzion drejt zonёs me përqëndrim

më të ulët. Aplikimi i membranave bazuar në këtë proces shoqërohet zakonisht nga shpejtësi të

ulëta fluksi përshkueshmërie për shkak të një kombinimi të tretshmërisë së ulët dhe/ose

difuzitetit të ulët. Në të kundërt transporti i lehtësuar është një mekanizëm transporti aktiv që rrit

shpejtësinë e fluksit duke transportuar gazin që depërton përmes membranes lidhur me një

mbartës. Shumë procese biologjike mbështeten në transportin e lehtësuar përmes mureve të

celulës dhe në parim transporti i lehtësuar mund të mundësojë “të përshkueshmin” të lëvizë në

drejtim të kundërt të një gradienti përqëndrimi (nga një rajon me përqëndrim më të ulët në një

rajon me përqëndrim më të lartë).

Në transportin e lehtësuar, “i përshkueshmi” reagon me një komponent që është prezent

në membranë (mbartësi) për të formuar komplekse ose produkte kimike. Këto komplekse më pas

difuzojnë përmes membranës pёr shkak tё gradientit tё përqëndrimit. Në sipërfaqen e rrymës së

poshtme të membranës procesi i formimit të kompleksit ose reaksioni është reversibël, duke

çliruar komponentin e transportuar në rrymën e gazit që depërton. Mbartësit mund të jenë ose të

fiksuar brenda në strukturën e membranës ose të lëvizshёm. Figura 2.12 ilustron transportin e

lehtësuar të 2CO përmes një membrane acetat celuloze që përmban një solucion ujor karbonat.

43

Figura 2.12 Transporti i lehtësuar i CO2 në një membranë mbajtëse të lëngët me zgarë karbonate

Në anën e ushqimit të membranës, anionet bikarbonate formohen nga tretja 2CO në ujë

(ekuacioni 2.39) i cili ndihmohet enegjitikisht nga prezenca e mbartësit të lëvizshme (anionit

karbonat):

2

2 2 3 32CO H O CO HCO nxehtesi (2.39)

Në anën e përshkueshme të membranës ndodh reaksioni i kundërt dhe çlirohet 2CO . Një

shembull i transportit të lehtësuar të membranës me mbartës të fiksuar për ndarjen e 2CO

tregohet në figurën 2.13, ku 2CO difuzon brenda në membranë dhe reagon me ujin dhe me grupet

e fiksuara aminike si dhe lidhet me polimerin kryesor (bazamentin e polimerit) për të formuar

jonet bikarbonate:

2 2 2 3 3CO H O R NH HCO R NH (2.40)

Jonet bikarbonate difuzojnë përmes membranës ndërmjet anëve të zgarës, ndërsa protonet

transportohen te grupet funksionale aminike të polimerit, 2CO lirohet dhe difuzon jashtë

membranës në anën e përshkueshme të membranës. Aminat sekondare gjithashtu janë studiuar si

transportuese (mbartëse), të cilat kanë avantazhin se janë me energji lidhjeje të ulët dhe për

pasojë me desorbim më të shpejtë krahasuar me aminat primare. Reagimi i një amine sekondare

( 1 2R R NH ) me 2CO e tretur është përshkruar nga një proces me dy stade:

2 1 2 1 2 2CO R R NH R R NH CO (2.41)

Produkti i reaksionit 1 2 2R R NH CO është një jon amfoter, një molekulë polare që është

elektrikisht neutrale por mban ngarkesa formale në aminë dhe në atomin e oksigjenit.

Në hapin e dytë, joni amfoter ia dhuron atomin e tij të hidrogjenit një amine sekondare,

duke formuar një jon karbamat që transporton 2CO përmes membranës:

44

1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 2

R R NH CO R R NH R R NCO R R NH (2.42)

Figura 2.13 Transporti i lehtësuar i membranës me aminë për ndarjen e

Reaksionet e kthyeshme ndodhin në desorbimin e anës së përshkueshme të membranës.

Shembuj të tillë të transportit të lehtësuar janë përmbledhur në tabelën 2.8. Vlerat e

depërtueshmërisë (përshkueshmërisë) dhe selektivitetit të treguara në tabelë ilustrojnë gamën e

rezultateve eksperimentale që janë arritur duke ndryshuar kiminë e transportuesit (mbartësit) për

një tip polimeri të dhënë. Si njësi për të karakterizuar depërtueshmërinë e membranes përdoret 6 1 1 1“pengesa” 3x10 molm s Pa .

Tabela 2.8 Performanca eksperimentale e membranave me transport të lehtësuar Tipi i membranës: Kushtet

eksperimentale

Depërtueshmëria e

CO2 6 1 1 13x10 molm s Pa

Selektiviteti

2CO X

Acetat celuloze: ujë i

pastër 2 2CO O , 20 C ,

4kPa

400 22 2 2CO O

Acetat celuloze: 2N

3KHCO 0.5N

2NaAsO

2 2CO O , 20 C ,

4kPa

2000 600-800 2 2CO O

Kopolimer vinil

alkool akrilat: 2N

2 3K CO

90% 2N , 10% 2CO ,

20 C , 98kPa

6100 317 2 2CO N

Kopolimer vinil

alkool -akrilate: 2N

2 3 0.5K CO N

EDTA

90% 2N , 10% 2CO ,

20 C , 98kPa

2400 1417 2 2CO N

Aklool polivinilik:

glicinë +

polietileniminë

40/20/40 2 2 2H CO N ,

20 , 200kPa

194 28 2 2CO H

45

Alkool polivinilik

(formaldehid me

lidhje të kryqëzuar):

dimetilglicinë +

polietileniminë +

KOH

40/20/40 2 2 2H CO N ,

20 , 200kPa

338 1728 2 2CO H

2.2.5 Membranat me transport jonesh

Membranat me transport jonesh, të njohura gjithashtu si membranat jonoshkëmbyese ose

membranat me përçueshmëri të përzier janë një klasë e membranave me transport të lehtësuar në

të cilat transporti selektiv ose i kationeve ose i anioneve është rezultat i strukturës jonike të

membranës. Figura 2.14 paraqet një shembull të një membrane jonoshkëmbyese në të cilën jonet

e oksigjenit transportohen përmes një rrjete të përzier okside metali duke kërcyer ndërmjet

vakancave (hapësirave bosh) në strukturën rrjetore. Minerale të tillë si perovskiti dhe perovskiti

sintetik (si qeramikat) janë të përshtatshme për këtë tip membrane dhe mund të përdoren për

selektivitetin dhe depërtueshmërinë duke ndryshuar raportet stekiometrike të komponentëve të

metalit dhe vakancave të oksigjenit. Këto materiale kanë avantazhin e operimit në temperatura

shumë të larta (në rendin e 700-900 C ) dhe janë në zhvillim për përdorim në prodhimin e

singazit 2H CO dhe për ndarjen e oksigjenit në produktet që përftohen nga proceset e djegies

me oksigjen. Në aplikimin e hershёm, ndarësi i oksigjenit mund te jëtë një njësi me temperaturë

të ulët ose një reaktor më temperaturë të lartë ngushtësisht i harmonizuar me ciklin e djegies dhe

të nxehtësisë.

Figura 2.14 Paraqitja skematike e transportit të joneve të oksigjenit në një rrjetë oksido metalike

Një membranë e shkrirë karbonate me shkëmbim të dyfishtë jonesh është propozuar për

të lehtësuar ndarjen e 2CO nga rrymat me temperaturë të lartë dhe me presion të lartë në

aplikime të fuqishme të tilla si prodhimi i singazit.

2.2.6 Tipet e membranave

Metodat e përgatitjes së membranave dhe konfigurimet e përshtatshme të modulit janë të

lidhura fort me strukturën e kërkuar të materialit të membranës. Disa tipe strukturash të

46

membranave mund të identifikohen siç tregohet në figurën 2.15 dhe veçoritë kryesore të këtyre

strukturave janë përmbledhur në tabelën 2.9.

Figura 2.15 Struktura fizike e membranave

Shumë membrana jo të lëngshme, qoftë polimerike, qeramike ose metalike mund të

përgatiten si struktura simetrike ose jo simetrike. Megjithatë optimizimi për shpejtësi të larta

fluksi arrihet te strukturat asimetrike me një sipërfaqe të hollë selektive të kombinuar më një

shtresë të trashë mbështetëse joselektive.

Membranat zeolite janë një shembull membranash josimetrike dhe janë tipikisht të

përgatitura nga sinteza hidrotermike prej një shtrese të hollë sintetike zeolite të vendosur mbi

tubat suportues ose disqet me çelik të paoksiduar ose alumin poroz.

Tabela 2.9 Karakteristikat strukturale të membranave

Struktura Karakteristikat

Membranat simetrike Membrana poroze ose të dendura me një strukturë uniforme në të

gjithë trashësinë e membranës

Membranat asimetrike Membranat poroze ose të dendura me një shtresë të hollë selektive të

lidhur me një shtresë më të trashë që siguron një mbështetje

mekanike

Membranat e lëngshme Një fazë e lëngët selektive e mbështetur, e mbajtur, ose e fiksuar

brenda hapёsirës së porit të një membrane polimerike ose qeramike

2.2.7 Konfigurimet e modulit të membranës

Membranat simetrike dhe asimetrike mund të përgatiten ose si membrana laminare, ose si

tuba apo fibra të zgavruara dhe paketohen në konfigurime modulesh të ndryshme. Dizenjimet e

hershme të moduleve përbëhen nga sipërfaqe të sheshta të materialit të membranës të mbajtura

në një korrnizë (modulet pllakë dhe korrnizë), ose grumbuj tubash me diametër relativisht të

madh (1-3 cm) (modulet tubolar). Ky dizenjim moduli nuk siguron në përgjithësi raport të lartë

të sipërfaqes me vëllimin e përzierjes, i kërkuar për aplikimet e ndarjes së gazeve (tabela 2.10)

dhe modulet komerciale momentalisht në dispozicion përdorin module spirale mbështjellëse ose

module fibër-zgavruara.

47

Tabela 2.10 Raportet sipërfaqe vëllim për konfigurime të ndryshme membranash

Konfigurimi i modulit Raportet tipike sipërfaqe vëllim 2 3m m

Pllakë dhe korrnizë 200

Modulet spirale mbështjellëse 500-1000

Fibër zgavruar 1500-10.000

Modulet spirale mbështjellëse

Modulet e membranës spirale mbështjellëse përbëhen nga një numër membranash

mbështjellëse të mbështjella në një tub qëndror nё të.

Çdo modul mbështjellës ose fletë përbëhet nga dy membrana të ndara nga hapësirë e

përshkueshme dhe e mbyllur nga tre anët, duke e lënë njërën anë të hapur për lëvizjen e të

përshkueshmit.

Dizenjimet e hershme përdornin një membranë të vetme mbështjellëse, por kjo kërkon

një rrugë më të gjatë spirale për të arritur një raport sipërfaqe-vëllim të lartë, duke çuar në një

rënie presioni të lartë përgjatë rrugës spirale të rrjedhjes të gazit të depërtueshëm. Figura 2.16

ilustron konfigurimin e modulit spirale mbështjellëse.

Përzierja e gazit rrjedh përgjatë aksit të modulit përmes hapësirave të ushqimit të

mbajtura ndërmjet fletëve të njëpasnjëshme të membranave. I përshkueshmi (gazi që depërton)

kalon përmes membranës dhe pastaj rrjedh në formë spirale përmes hapësirës së lënë për të

përshkueshmin, duke u larguar në anët e hapura të pllakave të membranёs për në tubin qëndror

mbledhës.

Në aplikimet e përpunimit të gazit natyror, tipikisht katër nga gjashtë module janë

montuar brenda një ene cilindrike me presion dhe shumë nga këto elmentë tubolar janë montuar

në seri ose në paralel për të formuar njësinë e plotë të ndarjes me membrane.

Modulet fibër-zgavruara

Modulet fibër-zgavruara janë gjithashtu gjërësisht të përdorshme në trajtimin e gazit natyror

për shkak të raportit shumë të lartë (sipërfaqe/ vëllim) të përmendur më lart. Modulet përbëhen

nga grumbuj fibrash të futura në një enë me presion, ku gazi i përshkueshëm kalon ose jashtë

fibrave (ushqimi futet në tub) ose brenda fibrave (ushqimi futet në këmishë), siç ilustrohet në

figurën 2.17.

Fibrat janë mekanikisht në gjendje të përballojnë presione shumë më të larta nga jashtë sesa

nga brenda dhe deri më tani në aplikimet me presion të lartë është përdorur konfigurimi ku

ushqimi futet në këmishë.

Optimizimi i moduleve fibër-zgavruara për aplikime të veçanta përfshin përzgjedhjen e

diametrit të fibrës, densitetin e paketimit të fibrës në modul dhe drejtimin e rrjedhjes (me rryma

të njëjta ose me rryma të kundërta).

48

Figura 2.16 Konfigurimi i modulit të membranës spirale mbështjellëse.

Aparaturat e ndarjes me membrana me fibër-zgavruara janë të ndërtuara në mënyrë të

ngjashme me aparatin me spirale mbështjellëse. Modulet e fibrave janë zakonisht me gjatësi 1m

dhe me diametër 0.2 0.25 m dhe përmbajnë 610 fibra individuale me diametër të brendshëm

50 mµ dhe diametër të jashtëm 100 mµ . Modulet fibër-zgavruara për kontaktin gaz-lëng

përdorin fibra polimerike, të cilat janë një rend madhësie më të madhe në sipërfaqen tërthore, me

diametra të brendshëm 600 m dhe të jashtëm 1000 m .

Aparaturat e ndarjes fibër-zgavruara janë tipikisht më të vogla se ato të bazuara në modulet

spirale-mbështjellëse, meqë modulet spirale-mbështjellëse janë në gjendje të punojnë në presione

më të larta dhe janë më rezistente ndaj bllokimit që ndodh për shkak të pjesëzave në rrymën e

gazit hyrës që mund të bllokojnë fibrat e imëta.

49

Figura 2.17 Struktura e modulit të membranës fibër-zgavruara

Modulet qeramike me paketim vaferash (fletë të holla silikoni)

Materialet e avancuara të membranave, siç janë membranat oksid metali jono

transportuese, kërkojnë struktura modulesh të reja për tu pёrshtatur me temperatura dhe presione

të larta operimi.

Figura 2.18 Moduli i membranes qeramike me paketim vaferash

50

Një shembull është konfigurimi i qeramikave me tufa vaferash, treguar në figurën 2.18, i

derivuar nga tipi i modulit me pllakë dhe kornizë. Ky modul është zhvilluar për ndarjen e

oksigjenit.

Moduli përbëhet nga një tufë me vafera, ku secili prej tyre përbëhet nga një palë

membranash jono transportuese të oksigjenit bazuar në perovskit të vendosura kurriz më kurriz.

Ajri futet në modul në temperaturë 800 900 C dhe në presion 0.7 2.0MPa dhe oksigjeni

transportohet përmes vaferave dhe mblidhet në tubin qëndror.

2.2.8 Avantazhet dhe disavantazhet e tipeve tё membranave

Paragrafët e mëparshëm kanë ilustruar gamën e gjerë të teknologjive të membranave të

cilat janë të përdorshme për aplikime potenciale të kapjes sё CO2. Në tabelën 2.11 janë

përmbledhur karakteristikat kryesore të këtyre tipe membranash.

Tabela 2.11 Avantazhet dhe disavantazhet e tipeve tё membranave

Tipi i membranës Përshkrimi Avantazhe/ disavantazhet

Membranat CMS

(carbon molecular

sieve-sitat

molekulare të

karbonit)

CMS i aktivizuar i përbërë nga një

rrjetë e pa rregullt amorfe paletash

karboni aktiv

+ Selektivitet i lartë i 2CO

kundrejt 2N dhe 4CH

+ Punojnё nё temperaturë të

lartë

- Përshkueshmëri e ulët e 2CO

-Materialet optimale para

ardhëse dhe prodhimi i

membranave janë të

kushtueshëm

- Karakteri i thyeshëm dhe

zgjerimi termik e bëjnë

konstruksionin e modulit të

membranës komplekse

Membranat sita

molekulare zeolite

Rrjetë mikroporoze me madhësi poresh

të mirë kontrolluar në rendin e 3-13 Å

+ Selektivitet perfekt dhe

përshkueshmëri e lartë në

aplikimet specifike të sitisjes

molekulare (p.sh ndarja e 2H

- Selektivitet i limituar për

molekulat me diametër kinetik

të ngjashëm (p.sh 2 2 2, ,CO O N )

Membranat silice Membranë mikroporoze që operon ose

sipas difuzionit Knudsen ose nga sitisja

molekulare dhe difuzioni sipërfaqsor,

duke u varur nga madhësia e poreve

+ Stabilitet kimik, termik dhe

struktural

+ Strukturë (madhësi poresh

dhe shpërndarje) lehtësisht të

qepur nga metodat e përgatitjes

dhe kushtet

- Selektivitet përgjithësisht i

ulët

51

Membranat (hibride

(p.sh membranat

aminike ose

poliamid-silic)

Membranat kompozite me grupe

organike të inkorporuara brenda

matricës silice mikroporoze ose

kimikisht të lidhura me sipërfaqet e

poreve për të krijuar poret e quajtura

funksionale të membranës

+ Selektivitet i madh në

krahasim me një membranë

qeramike jo funksionale si

rezultat i rritjes së difuzionit

sipërfaqёsor

+ Stabilitet termik dhe mekanik

i membranave qeramike i

kombinuar me selektivitetin e

polimerëve

2.2.9 Aplikimet e membranave në ndarjen e 2CO pas oksidimit

Ndarja me membranë e 2CO nga gazet fluturues është një fushë shumë aktive kërkimi.

Karakteristikat kryesore që duhet të kombinohen në një membranë komerciale janë:

Shpejtësia e mjaftueshme e fluksit të difuzionit për të arritur parametrat e dëshiruar

Kërkesat për hapësirë të vogël dhe kosto kapitale të vogël, duke përfshirë koston e

materialit të membranës

Kapacitet të vogël sorbimi për gazet ( 2 4 2, dhe N CH H

Rezistence kimike ndaj kontaminantëve, ndotësve 2 2, , ,X XSO NO H O H O

Stabilitet termik në temperaturën e kërkuar të operimit

Metoda jo të kushtueshme prodhimi për një mori konfigurimesh të modulit

Arritja e njё kombinimi të selektivitetit të lartë për të prodhuar 2CO me pastërti të lartë

në rrymën e depërtueshme me depërtueshmërinë e lartë, për të dhënë shpejtësinë e kërkuar të

rrjedhjes, është çelësi për të pёrzgjedhur tipin e membranave për ndarjen e 2CO nga gazet

fluturues me pёrqёndrim të lartë.

Membrana me karbonat të shkrirë në temperaturë të lartë

Një membranë me shkëmbim dyfish jonesh duke përdorur një elektrolit karbonat të

shkrirë pёrdoret për ndarjen e 2CO në temperaturë dhe presion të lartë nga rrymat e gazit të

oxhakut pranë pikës së djegies. Ajo gjithashtu mund të largojë 2CO nga një rrymë “syngas” para

prodhimit të hidrogjenit në reaksionin e zhvendosjes lëng-gaz. Membrana e ilustruar në figurën

2.19 është bazuar në një material kompozit që kombinon shkëmbimin e joneve oksigjen përmes

një oksid metali të ngurtë me transportin e 2CO si një anion karbonat 2

3CO përmes një faze

karbonate të shkrirë.

Në sipërfaqen e ushqimit të membranës, një anion oksigjeni nga oksidi i metalit kombinohet me

2CO për të formuar një anion karbonat:

2 2

2 3CO O CO (2.43)

Ky jon transportohet përmes elektrolitit të shkrirë karbonat i cila është i fiksuar në poret e

oksidit të metalit të ngurtë. Në anën e përshkueshme të membranës, anioni i karbonatit çliron

52

2CO në fazën e gaztë ndërsa joni i oksigjenit futet nё një vakancë në rrjetë në oksidin e metalit

dhe transportohet mbrapsht në rrymën (anën) e ushqimit, të drejtuar nga gradienti në vakancat

brenda rrjetës së oksidit të metalit.

Figura 2.19 Membrana me karbonat të shkrirë në temperaturë të lartë me shkëmbim të dyfishtë jonesh

Membranat me transport të lehtësuar

Një shembull i mekanizmit me transport të lehtësuar që është zhvilluar në shkallë

laboratorike për të demonstruar ndarjen e 2CO nga gazet fluturues përfshin inkorporimin e një

mbartësi amine brenda një membrane polimer alkol-polivinil. Membrana tregon depërtueshmëri

të mirë dhe selektivitet tё 2CO dhe azotit në temperatura mbi 170 C .

Membranat me sita molekulare karboni

Membranat me sita molekulare karboni aplikohen për ndarjen e 2CO për shkak të stabilitetit

termik dhe kimik të tyre në mjediset jooksiduese, që janë karakteristika thelbësore për këtë

aplikim. Megjithëse selektivitetet e larta për 2CO dhe 2N (>100) dhe për 2CO dhe 3CH (>250)

janë demonstruar në eksperimente laboratorik, këto janë arritur vetëm për depërtueshmëri shumë

të ulëta në rendin nga 1 në 10 (barrer) (3-30 16 1 1 110 mol m s Pa

). Përpjekjet aktuale për këtë tip

membrane janë fokusuar në:

Përzgjedhjen, përgatitjen dhe paratrajtimin e materialit paraardhës për të reduktuar koston

e prodhimit të membranës

Parametrat e procesit të karbonizimit (temperaturë, shpejtësi nxehjeje, mjedisi i pirolizës)

për të kontrolluar strukturën e poreve të membranës

Trajtimi pas karbonizimit të membranës, për shembull depozitimi shtesë i karbonit nga

depozitimi kimik i avullit

Membranё dyfishe për të përmirёsuar fortësinë mekanike dhe për të reduktuar plasaritjet

53

Teknika për të përmirёsuar rigjenerimin dhe për të eleminuar efektet e vjetërimit për

shembull për shkak të degradimit kimik

2.3 SISTEMET E DISTILIMIT KRIOGJENIK

Teknikat e distilimit janë të rëndësishme në dy fusha: të prodhimit të oksigjenit nga ndarja

kriogenike e ajrit, i cili mund tё pёrdoret nё proceset e djegies dhe ndarja e 2CO nga gazi natyror

gjithashtu për të trajtuar gazin që të ketë karakteristika për shitje ose për të ndarë 2CO nga njё

rrymё gazi.

2.3.1 Bazat fizike

Ndarja e një përzierjeje lëngjesh nëpërmjet distilimit në përbërësit e saj varet nga

ndryshimi në pikat e vlimit dhe volatiliteti i komponentëve. Çdo lëng, ka një tendencë për

avullim si rezultat i largimit tё molekulave nga sipërfaqja e lëngshme dhe sa më e madhe

tendenca aq më e avullueshme është substanca. Kur një lëng është në ekuilibër me avujt e tij,

presioni i avullit quhet presion i avullit në ekuiliber. Shkalla e shpërndarjes lëng-avull (ose vlera K ) është përdorur për të karakterizuar volatilitetin e një substance dhe përcaktohet si:

V LK C / C (2.44)

ku: CV është përqёndrimi i substancës në fazën e avullit dhe LC është përqёndrimi në fazën e

lëngët, në një temperaturë dhe presion të caktuar. Substanca A me një presion të avullit të lartë

do të ketë një përqёndrim më të lartë në fazën e saj të avullit në çdo temperaturë dhe presion të

caktuar dhe do të ketë një vlerë më të lartë të K-së. Në një përzierje binare, volatiliteti relativ

ij( ) i dy komponenteve (i dhe j) në një temperaturë dhe presion të caktuar është dhënë nga:

ij i j K / K (2.45)

dhe rregullohet nga raporti i presioneve të avullit të tyre. Përzierjet me volatilitet relativ më të

lartë janë më të lehta për t’u ndarë nga distilimi. Me rritjen e temperaturës, presioni i avullit të

një lëngu që rritet deri në pikën në të cilën presioni i avullit bëhet i barabartë me presionin e

ambientit rrethues pёrcaktohet si pika e vlimit tё lëngut. Ndërsa çdo komponent i pastër kimik ka

një pikë të vetme vlimi, një përzierje vlon në një gamë të temperaturave në varësi të raportit të

komponentëve të një përzierjeje.

2.3.2 Konfigurimi dhe funksionimi i një kolone distilimi

Distilimi në shkallë industriale punon me kolona të mëdha distilimi, në të cilën ndodh

ndarja e shumёfishtё. Figura 2.20 ilustron një pjesë të strukturës së brendshme të një kolone

distilimi (dy pjata).

Rryma e lëngut futet në kolonë nё pjatёn e ushqimit. Temperatura në këtë pikë të

kolonës është sa temperatura e vlimit tё ushqimit në mënyrë që avulli që është i pasur në

komponentë volativ të ngrihet lart në drejtim të pjatёs mbi pjatёn e ushqimit, ndërkohё që lëngu i

mbetur që është i pasur me më pak komponentё volativ derdhet mbi pragun e pjatёs dhe bie në

pjatёn pasardhёse më poshtё. Avulli duke u ngjitur lart futet nё pjatёn e mёsipёrme nëpërmjet

54

valvulave dhe pasurohet me komponentin mё tё lehtё. Ky lëng është faza e kondensuar që ka

rënë nga pjata mё lart, si pasojё e kondesimit tё pёrbёrёsit tё ushqimit me temperaturё vlimi mё

tё lartё. I njëjti proces ndarjeje ndodh nё secilёn pjatё mbi zonёn ushqyese, duke prodhuar një

avull që është në mënyrë progresive i pasur me komponentin mё volatil.

Një proces i ngjashëm ndodh në pjatat poshtë pjatёs ushqimit ku në mënyrë progresive

pёrzierja pasurohet me komponentё më pak volatil.

Numri i pjatave të nevojshme për të arritur një ndarje specifike të kërkuar varet nga

volatiliteti relativ i përbërësve që do të ndahen. Figura 2.21 ilustron pjata kolonash distilimi

(majtas) dhe materiale paketimi të strukturuara (djathtas).

Figura 2.20 Struktura e pjatave brenda një kolone distilimi

Parametrat kyç të punës që përcaktojnë numrin e pjatave, janë shkalla e refluksit dhe

gjendja e ushqimit (temperatura e ushqimit).

Një kolonë me mbushje është një alternativë tjetёr përveç kolonave me pjata të

përshkruara më sipër në tё cilat pjatat janë zëvendësuar me një material paketimi (Figura 2.21).

Ky konfigurim rrit zonën e kontaktit midis avullit dhe lëngut, dhe lejon një reduktim në

madhësinë fizike të kolonës për një ndarje të kërkuar. Në këtë rast, dizenjimi i kolonës përfshin

përcaktimin e numrit tё pjatave të kërkuara dhe lartësisë sё materialit tё paketimit.

Lartësia e kërkuar e një kolone tё mbushur është produkti i numrit tё pjatave të kërkuara

dhe lartësisë sё materialit tё paketimit.

Pjata

Ushqim

Avull

gota fluskuese

Lëng Lëng

55

Figura 2.21 Pjata kolonash distilimi (majtas) dhe materiale paketimi të strukturuara (djathtas)

56

KAPITULLI III

PJESA EKSPERIMENTALE

MODELIMI DHE PROJEKTIMI

3.1 PЁRCAKTIMI EKSPERIMENTAL I KOEFICIENTIT TЁ DHЁNIES SЁ

MASЁS NЁ ABSORBIMIN E CO2 ME NaOH

3.1.1 Aparatura e përdorur

Eksperimenti u krye në një impiant pilot, skema e të cilit paraqitet në figurën 3.1. Ky

impiant është i ndërtuar si më poshtë:

Kolona

Kolona është konstruksion metalik prej çeliku inoksidabël me lartësi 2.04 m dhe është e

ndarë në 2 seksione. Në fund të çdo seksioni janë vendosur hinkat shpërndarëse, të cilat kanë për

qëllim të eleminojnë efektin e kalimit të lëngut në paret duke e mbledhur lëngun që rrjedh nga

seksioni i sipërm dhe duke e lëshuar atë në qendër të seksionit pasardhës.

E-8

E-10

E-11

2

NaOH

Uje

NaHCO3

Ajer C0

Figura 3.1 Impianti pilot i absorbimit

Seksionet mbushen me unaza Rashing, të cilat do të përshkruhen më poshtë. Diametri i

brendshëm i kolonës është 68 mm. Në fund të kolonës është montuar tubi i hyrjes së gazit dhe

57

mbyllësi hidraulik në formë sifoni në mënyrë që niveli i lëngut të mos pengojë gazin. Në pjesën e

poshtme të sifonit është një ventil që shërben për marrjen e mostrave të lëngut si dhe për

shkarkimin e gjithë lëngut të kolonës. Në krye të kolonës është montuar koka, që ka tubin e

hyrjes së solucionit si dhe tubin e daljes së gazeve i cili përfundon në një enё me ujë që shërben

për të kapur atë sasi 2CO që nuk është absorbuar në kolonë. Në tubin e hyrjes së gazit është

montuar një linjë e cila lidhet si me manometrin në formë U që shërben për matjen e presionit,

ashtu edhe me gazanalizatorin (GA) që shërben për matjen e përqëndrimit të 2CO në gaz.

Linja e lëngut

Rezervuari me vëllim 30 l shërben për mbajtjen e tretësirës së NaOH me përqёndrim 4%

tё cilin e merr pompa me fuqi 0,25 kW dhe prurje 250 l/h dhe e dërgon në krye të kolonës së

absorbimit për të bërë vaditjen me anë të një tubi. Sasia e tretësirës që kalon matet me rotametёr

dhe komandohet nga ventili.

Linja e gazit

Në këtë linjë është vendosur një ventilator me fuqi 2 kW, prurje ajri 45 Nm3/h dhe rënie

presioni 1000 mm 2H O i cili furnizon linjën me ajër. Rregullimi i sasisë së ajrit bëhet me anë të

ventilit. Përzierja ajër- 2CO , që matet në rotametër, kalon në ventil i cili sherben si për

rregullimin më të saktë të sasisë së përzierjes, ashtu edhe për shpërndarjen më të mirë të 2CO në

ajër. Kjo linjë hyn në pjesën e poshtme të kolonës së absorbimit, ku gazi lëviz nga poshtë - lart,

duke rënë në kontakt me tretësirën absorbuese që lëviz nga lart - poshtë.

Mbushja e kolonës (Unazat Rashing)

Unazat Rashing janë prej llamarine çeliku me përmasa 6.2x6.8x0.8 mm. Mbushja e

kolonës u bë me hedhje të lirë.

Figura 3.2 Unazat Rashing

Kalibrimi i rotametrave

Para fillimit të eksperimentit u bë kalibrimi i rotametrave, pasi rotametri i lëngut është

kalibruar për ujë, ndërsa rotametrat e gazit janë kalibruar për ajër në kushte normale.

58

Kalibrimi i rotametrit të lëngut

Kalibrimi u bë duke matur sasinë e lëngut që dilte nga pjesa e poshtme e sifonit në

njësinë e kohës (1 min), për tregime tё ndryshme tё rotametrit. Me këto të dhëna u ndërtua kurba

e kalibrimit e cila paraqitet në grafikun e figurёs 3.3.

y = 15.799x + 0.5735R² = 0.9987

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20

Q [ l/h ]

V[ ml ]

Figura 3.3 Kurba e kalibrimit të rotametrit të lëngut

Kalibrimi i rotametrit të 2CO

Densiteti i 2CO është më i madh se i ajrit, prandaj rotametri duhet kalibruar. Por në

punën tonë, gazet para se të hyjnë në kolonë analizohen për përmbajtjen e 2CO , prandaj nuk u bë

kalibrimi i këtij rotametri, por tregimi i tij u përdor vetëm si orientues për përgatitjen e përzierjes

së gaztë.

Kalibrimi i rotametrit të përzierjes së gaztë

Me përzierjet me të cilat u eksperimentua, përqëndrimi i 2CO është shumë i vogël, kështu

që prania e tij nuk ndikon në densitetin e përzierjes. Prandaj nuk u bë kalibrimi i këtij rotametri,

por u pranua i saktё tregimi i tij.

Eksperimenti për studimin e absorbimit

Fillimisht përgatitet tretësirë 4% e NaOH në temperaturën e ambientit dhe mbushet ena.

Takohet pompa dhe hapet ventili derisa rotametri të tregojë vlerën e dëshiruar. Lihet kështu

derisa të bëhet lagia e plotë e mbushjes dhe tretësira të fillojё të dalë nga pjesa e poshtme e

kolonës. Pastaj takohet ventilatori dhe hapen gradualisht ventilat, derisa rotametri të tregojë

sasinë e dëshiruar. Pas kësaj hapet ventili i gazit, duke e kontrolluar sasinë e tij në një rotametёr

orientues. Përzierjes së përftuar i bëhet analiza për përmbajtjen e 2CO . I gjithë sistemi lihet në

punë për 10 minuta që të arrihet gjendja stacionare dhe bëhet analiza për përmbajtjen e 2CO në

59

gazin në dalje. Me përfundimin e matjes vendosen vlerat e reja me të cilat do të eksperimentohet

dhe kryhen provat e tjera.

Përcaktimi i shkallës së absorbimit

Shkalla e absorbimit të 2CO është raporti i sasisë së absorbuar të

2CO kundrejt sasisë

fillestare të tij. Shkalla e absorbimit (shndёrrimit) jepet nёpёrmjet formulёs sё mёposhtme:

1 2

1

C CX

C

( 3.1 )

ku : X – shkalla e absorbimit (shndёrrimit)

C1 - përqëndrimi molar i 2CO në gazin në hyrje

C2 - përqëndrimi molar i 2CO në gazin në dalje

Shkalla e absorbimit është treguesi kryesor i funksionimit të kolonës. Prandaj përcaktimi i

përqёndrimit të 2CO në gaz ka rëndësi të madhe.

3.1.2 Llogaritja e parametrave të shtresës mbushëse

Llogaritja e porozitetit

Porozitet do tё quajmё pjesёn bosh tё vёllimit tё shtresёs kokrrizore. Ai mund tё shprehet

me barazimin:

V

V

V

VV mm

1 ( 3.2 )

ku: V- vёllimi i shtresёs kokrrizore

Vm- vёllimi i materialit tё ngurtё qё pёrbёn shtresёn kokrrizore.

Duke ditur qё m

m

MV

nxjerrim:

mV

M

1 ( 3.3 )

ku: M- masa e materialit tё ngurtё dhe m - dendёsia e tij.

Nё rast se marrim parasysh efektin e paretit i cili ka njё trashёsi dhe porozitet 1 ndёrsa pjesa

tjetёr e vёllimit ka porozitet 0 , porozitetin e shprehim me formulёn:

V

D

D 4

4 2

010

( 3.4 )

ku: 0 - poroziteti vetjak

60

D - diametri i enёs ku bёhen matjet

V - vёllimi i enёs

Matjet për llogaritjen e porozitetit

Matjet u kryen me cilindra me vёllime dhe diametra tё ndryshёm.

Cilindri 1: vëllimi 250 ml, diametri i brendshëm 37 mm.

Tabela 3.1 paraqet masёn e materialit nё gram pёr vёllimet korresponduese tё unazave.

Tabela 3.1 Masat e materialit pёr vёllimet pёrkatёse tё unazave pёr cilindrin 250ml

V [ml] Masa [gr]

60 80,0

70 91,3

50 63,3

75 102,2


Tabela 3.2 paraqet masёn e materialit nё gram pёr vёllimet pёrkatёse tё unazave.


V [ml] Masa [gr]

250 346,7

100 139,1

125 167,6

150 196,5




V [ml] Masa [gr]

500 713

600 861,6

700 532,8

400 750,8




V [ ml ] Masa[gr]

500 746,5

61

600 890,4

700 1035,2

400 631

Poroziteti jepet nga formula:

1 ç

M

V

( 3.5 )

ku: 38020 /ç kg m (densiteti i materialit mbushёs)

2

0 1 0

4

4

D

D V

( 3.6 )

Porozitetin (ɛ0) do ta gjejmë duke linearizuar ekuacionin e mёsipёrm nё formёn

y A Bx dhe duke përdour metodёn e katrorëve të vegjël gjejmё A dhe B.

Vlerat e x dhe y nё varёsi tё vёllimeve korresponduese janё paraqitur nё tabelёn 3.5.

Tabela 3.5 Vlerat e x dhe y nё varёsi tё vёllimeve korresponduese pёr matjet e kryera nё katёr

cilindra

Vëllimi i cilindrit [ ml ] 1

ç

Mε

V ρ

( y )

24( )

4πD

D V

( x )

(250) 60 0,834 126,02

70 0,838 123,46

50 0,843 129,6

75 0,831 122,44

(500) 250 0,827 102,45

100 0,833 98,984

125 0,837 96,671

150 0,827 92,045

(1000) 500 0,834 71,285

600 0,822 69,727

700 0,83 69,160

400 0,821 68,687

(2000) 746,5 0,814 60,8387

890,4 0,815 59,246

1035,2 0,816 58,1082

631 0,804 63,227

A = 0,825 dhe B = 1,306*10-5

Pra, poroziteti është i barabartë me 0 0,825 .

62

Përcaktimi i diametrit ekuivalent për unazat Rashing

Diametri ekuivalent i unazave Rashing u pёrcaktua me dy mёnyra.

MËNYRA I

U numëruan 1000 unaza Rashing dhe u peshuan, masa e tyre është e barabartë me 474,8

gr. Pesha e një unaze do tё jetё:

1

474,8 0,4748 1000 1000

tunaze

PP gr

Gjejmë vëllimin e një unaze në bazë të formulës:

2 3

1

3

8 30,4748 5,92 1 0

8.0

5.92 1

20

0unazw

m grV x m

gr

cm

c x m

( 3.7 )

Gjejmë diametrin ekuivalent duke u nisur nga vëllimi i sferёs me diametёr de i njёjtё me vёllimin

e njё unaze:

3 6

eV d

( 3.8 )

83

3 36 6 5,9 1 0

4,83 1 0 4,833,14

e

V x xd x m mm

MËNYRA II

Një cilindër me vëllim 1000 ml u mbush me unaza Rashing. U numëruan të gjithë unazat

e këtij vëllimi (2979 unaza). Përcaktojmë vëllimin e materialit duke ditur porozitetin e tij:

1mV V ( 3.9 )

31000 1 0,825 175 mV cm

Llogarisim vëllimin e një unaze me anë të raportit të mëposhtëm dhe më pas diametrin

ekuivalent me anё të formulës (3.8):

3

1

3175 0,0587

2979unaze

cmV cm

136

0,48 4,8 une

azeVd cm mm

Pra, diametri ekuivalent 4,8ed mm .

Përcaktimi i sipërfaqes specifike

Sipёrfaqja specifike(a) njehsohet me anё tё formulёs:

63

6 1

xa

de

( 3.10 )

ku: a - sipёrfaqja specifike

- koeficienti i formёs

- poroziteti

de - diametri ekuivalent

Gjejmë koeficientin e formёs φ duke shfrytëzuar ekuacionin e mëposhtëm:

2 22 23 3

1 2

2 2

1 21 2

3( ) ( )

2 0,248

2

hx D D

D Dh D D

( 3.11 )

ku: h-lartёsia e unazёs, h = 6,2 mm

D1-diametri i jashtёm i unazёs, D1 = 6,8 mm

D2-diametri i brendshёm i unazёs, D2 = 6 mm

Duke zёvendësuar tek formula 3.10 gjejmë:

2

3882

ma

m

Pra, sipërfaqja specifike është 2 3882 /a m m .

3.1.3 Rezultate tё matjeve hidrodinamike dhe kinetike

Përbërësit kryesorë të gazit industrial janë: 2N , 2O , 2CO , CO , 2H , 3NH , 2SO , 4CH ,

2H S etj. Nga kompleksi i përzierjes së gazeve industrial, ne do tё analizojmë vetëm

përqëndrimin e 2CO .

Analiza kimike e gazeve me metodën e absorbimit

Metoda e absorbimit të gazeve bazohet në absorbimin e njëpasnjëshëm të komponentëve

të veçantë të gazeve me tretësira absorbuese kimike përzgjedhëse. Matja e vëllimit të gazit para

dhe pas absorbimit përcakton me diferencë sasinë e komponentit ose shumën e komponentëve

(% në vëllim) të gazeve që absorbohen në tretësirën absorbuese të dhënë. Me metodën e

absorbimit do të përcaktojmë pёrqёndrimin e 2CO .

Gazi karbonik, absorbohet me tretësirë alkaline sipas reaksionit:

2 2 3 22 KOH CO K CO H O

64

Si tretësirë absorbuese u pёrdor tretësira 33 % KOH . Arsyeja e kësaj përzgjedhjeje është

fakti se KOH ka veti më të mira absorbuese, vepron më pak me qelqin se NaOH dhe 2 3K CO

që formohet është shumë më i tretshëm se sa 2 3Na CO . Por duhet patur parasysh se KOH si

absorbues përdoret për gaze që përmbajnë jo më pak se 1 % 2CO .

Matja e rënies së presionit në kolonën bosh

Ndërtojmë tabelën 3.6 me të dhënat e marra nga eksperimenti:

Tabela 3.6 Tё dhёnat e marra nga eksperimenti

Nr 1 2 3 4 5 6

Ql [ l / h ] 8 8 8 14 14 14

Qg [ m3 / h ] 2 3,5 6 2 3,5 6

∆p

[mmH2O]

31 59 109 44 77 122

Gl / Gg 3,23 1,848 1,07 3,23 1,848 1,07

Prurja nё masё(G) lidhet me prurjen vёllimore (Q) sipas barazimit:

l l NaOHG Q

g g ajerG Q

ku: 31,043 /NaOH kg m dhe 31,29 /ajer kg m .

Ndërtojmë grafikёt që paraqesin varësinë e raportit /l gG G ndaj rënies së presionit p .

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 20 40 60 80 100 120

Gl / Gg

∆p [ mm H2O]

Figura 3.4 Varësia e raportit /l gG G ndaj rënies së presionit p për prurje të lëngut

8,334 /kg h

65

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 20 40 60 80 100 120 140

Gl / Gg

∆p [ mm H2O]

Figura 3.5 Varësia e raportit /l gG G ndaj rënies së presionit p për prurje të lëngut

14,602 /kg h

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

20 40 60 80 100 120

Gl/

Gg

Δp (mm H2O)

Grafiku 3.6 Rënia e presionit në kolonën bosh

66

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

20 70 120 170 220

Gl/

Gg

Δp (mm H2O)

Grafiku 3.7 Rënia e presionit në kolonën me unaza

Varësia e shkallës së shndërrimit ndaj raportit Gl/G

g

Shkalla e absorbimit të 2CO është raporti i sasisë së absorbuar të 2CO kundrejt sasisë

fillestare të tij dhe llogaritet sipas formulёs 3.1.

Të dhënat e shkallës së shndërrimit për kolonën bosh dhe me mbushje ndaj raportit Gl/Gg,

janë pasqyruar në mënyrë tabelare (tabela 3.7) dhe në mënyrë grafike (grafiku i figurёs 3.8).

Tabela 3.7 Të dhënat e shkallës së shndërrimit për kolonën bosh dhe me mbushje ndaj raportit

Gl/Gg

Vlerat e

Gl/Gg

Shkalla e shndërrimit në kolonën

bosh

Shkalla e shndërrimit në kolonën

me mbushje

3.23 0.8 0.87

2.6 0.78 0.83

1.834 0.75 0.79

1.45 0.71 0.75

1.068 0.64 0.69

67

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

X %

Gl/Gg

kolona

bosh

kolona

me

mbushje

Grafiku 3.8 Varësia e shkallës së shndërrimit ndaj raportit Gl/Gg, për prurje absorbenti 8.334

kg/h

Duke studiuar grafikun vërejmë se, për prurje konstante të lëngut shkalla e shndërrimit rritet me

rritjen e raportit Gl/Gg. Shkalla e shndërrimit rritet në kolonën me mbushje.

Varësia e produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit

Për njehsimin e produktit aβg jemi nisur nga formula:

g

g

r

Q 1a ln

V 1 X

ku: a - sipërfaqja specifike e mbushjes

Vr - volumi i kolonës: 7.405∙10-3

m3

Vlerat e njehsuara të produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit në kolonën bosh, për prurje

absorbenti 8.334 kg/h janë paraqitur në tabelën 3.8.

Tabela 3.8 Të dhënat e produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit në kolonën bosh, për prurje

solventi 8.334 kg/h

Vlerat e X Produkti aβg në

kolonën bosh (s-1

)

Vlerat e X Produkti aβg në kolonën

me mbushje (s-1

)

0.8 0.121 0.87 0.153

0.78 0.142 0.83 0.166

0.75 0.19 0.79 0.205

0.71 0.209 0.75 0.234

0.64 0.229 0.69 0.263

68

Në bazë të tabelës 3.8 ndërtojmë grafikët për kolonën bosh dhe me mbushje (grafiku nё figurёn

3.9 dhe 3.10).

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

0.24

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85

aβ

g

X

Grafiku 3.9 Varësia e produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit në kolonën bosh,

për prurje absorbenti 8.334 kg/h

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

0.24

0.26

0.28

0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

aβ

g

X

Grafiku 3.10 Varësia e produktit aβg ndaj shkallës së shndërrimit në kolonën me mbushje, për

prurje absorbenti 8.334 kg/h

Nga studimi i grafikëve vëmë re se produkti aβg zvogëlohet me rritjen e shkallës së

shndërrimit, ndërsa produkti αβg ka vlera më të larta në kolonën me mbushje për të njëjtën

shkallë shndërrimi (absorbimi).

69

3.2 PЁRCAKTIMI EKSPERIMENTAL I KOEFICIENTIT TЁ DHЁNIES SЁ

MASЁS NЁ ABSORBIMIN E CO2 ME NH3

3.2.1 Eksperimenti i absorbimit të 2CO me

3NH

Në këtë eksperiment është studiuar absorbimi i dioksidit të karbonit në ajër me tretësirë

ujore të amoniakut, 5%, në temperaturën e ambientit. Qëllimi është përcaktimi i parametrave

kryesorë të shkëmbimit të masës, në një absorbim kimik në kolonë me mbushje me listela.

Matjet hidrodinamike u kryen në një impiant pilot, për lartësi të ndryshme mbushjeje (listela).

Fillimisht u përcaktuan parametrat e listelave: poroziteti, diametri ekuivalent, faktori i formës

dhe sipërfaqja specifike e mbushjes. Në këto prova u kap pika e përmbytjes së kolonës, si pikë

referimi për të përcaktuar prurjet e ndryshme të lëngut dhe gazit që duhet të studiohen. Për çdo

provë të kryer u mat prurja e lëngut, densiteti i saj, prurja e gazit, përqëndrimi i 2CO në hyrje dhe

dalje dhe presioni barometrik. Në bazë të matjeve të kryera u përcaktuan parametrat kryesorë të

shkëmbimit të masës: koeficienti i dhënies së masës dhe shkalla e shndërrimit. Rezultatet e

arritura u përpunuan dhe u studiua varësia midis parametrave.

Në këtë proces dioksidi i karbonit u absorbua në sistemin ujor 3 2 2NH CO H O në

temperaturë 250C, duke përcaktuar shkallën e shndërrimit dhe më pas koeficientin e dhënies së

masës. Si solvent në kapjen e dioksidit të karbonit u përdor tretësira ujore 5% e amoniakut. Duke

matur përqëndrimin e dioksidit të karbonit në hyrje dhe në dalje të kolonës u njehsua shkalla e

shndërrimit për raporte të ndryshme l gQ Q , duke e mbajtur prurjen e lëngut konstante dhe duke

ndryshuar prurjen e gazit. Prurja e lëngut dhe e gazit u përcaktuan duke studiuar varësinë e

rënies së presionit nga prurja, në funksion të pikës së përmbytjes. Pas përcaktimit të shkallës së

shndërrimit u njehsua koeficienti i dhënies së masës. Matjet eksperimentale u kryen për katër

lartësi mbushjeje me listela.

Aparatura e përdorur

Eksperimenti u krye në një impiant pilot. Ky impiant është i njёjtё me impiantin pilot tё

pёrdorur nё absorbimin me NaOH , por ka ndryshuar mbushёsi i kolonёs. Nё kёtё rast nuk ёshtё

punuar me unaza Rashing, por janё pёrdorur listelat si material mbushёs.

Mbushja e kolonës

Kolona është e mbushur me listela, të cilat paraqiten në figurën 3.11.

Figura 3.11 Mbushësi i kolonёs sё absorbimit (listela)

70

3.2.2 Rezultate

Rezultate tё përcaktimit tё parametrave të mbushësve (listela)

a) Përcaktimi i sipërfaqes së listelave

Pasi u morёn listelat, u bënë disa matje të përmasave të tyre. U bёnё 10 matje të

ndryshme dhe u mor mesatarja e tyre në llogaritje në mënyrë që parametrat të jenë sa më

përfaqёsues. Në bazë të të dhënave u përcaktua sipërfaqja e një listele:

2.34mm

58.8mm

15.44mm

22m

m

29mm

2

1 58,8 15,4 2 2,34 58,8 2 15,4 2 2163,6mmelementi listeleS

2

,1 9135mes listeleSip mm

b) Përcaktimi i diametrit ekuivalent të listelave

Vёllimi i njё listele u pёrcaktua duke matur vёllimin e ujit tё zhvendosur. Eksperimenti u

krye disa herё dhe u arrit nё pёrfundimin qё vёllimi i njё listele ёshtё 8.998 cm3.

3 / 6V de

3 36 6 8.998

2.583.14

Vde cm

c) Përcaktimi i porozitetit

Në një cilindër 2000 ml fusim listelat në të njëjtën mënyrë siç gjendeshin edhe në

kolonën e absorbimit. E mbushim cilindrin me listela deri në nivelin 2000 ml, pastaj shtojmë ujë

deri sa të arrijë tek shkallëzimi 2000 ml. E masim vёllimin e ujit të shtuar dhe raporti i tij me

vёllimin total tё cilindrit jep porozitetin. Pra:

18550.9275

2000

d) Sipёrfaqja specifike

Sipërfaqja specifike e listelave përcaktohet nga formula e mëposhtme:

71

2

3

6(1 ) ma

de m

Njehsojmë koeficientin e formës :

2 2

,1

3,14 25,80,229

9135mes listele

de

Sip

Sipёrfaqja specifike ёshtё:

2

3

6(1 ) 6(1 0,9275)*1000 73,63 ( )

* 0,229 0,0258

ma

de m

Rezultate tё matjeve hidrodinamike dhe tё absorbimit

Eksperimenti për studimin e absorbimit me tretësirë 5% 3NH u realizua duke përgatitur

fillimisht tretësirën 5% tё 3NH në temperaturën e ambientit. Takohet pompa dhe hapet ventili

derisa rotametri të tregojë vlerën e dëshiruar. Lihet kështu derisa të bëhet lagia e plotë e

mbushjes dhe tretësira të fillojё të dalë nga pjesa e poshtme e kolonës. Pastaj takohet ventilatori

dhe hapen gradualisht ventilat, derisa rotametri të tregojë sasinë e dëshiruar. Pas kësaj hapet

ventili i bomblёs së gazit, duke e kontrolluar sasinë e tij në një rotametёr orientues. Përzierjes së

përftuar i bëhet analiza për përmbajtjen e 2CO . I gjithë sistemi lihet në punë për 10 minuta që të

arrihet gjendja stacionare dhe bëhet analiza për përmbajtjen e 2CO në gazin në dalje. Me

përfundimin e matjes vendosen vlerat e reja me të cilat do të eksperimentohet dhe kryhen provat

e tjera.

Matjet u kryen për katër lartësi të ndryshme mbushjeje. Absorbenti, në rastin tonë

hidroksidi i amoniumit ( 3NH ) qarkullon nga lart-poshtë dhe përzierja e gazit qarkullon nga

poshtë-lart. U përgatit fillimisht amoniaku 5% dhe u fut tretësira e përgatitur në rezervuarin e

vendosur për këtë qëllim, pastaj u pёrgatit përzierja e gazit (ajër + 2CO ).

Matjet e para u kryen për lartësi të kolonës 170 cm. Gjithashtu u kryen 4 matje për prurje

lëngu 8 kg/h duke ndryshuar prurjen e gazit dhe përqëndrimin e 2CO . Për çdo matje të

përqëndrimit të 2CO u mat njёkohёsisht edhe rënia e presionit. Densiteti i tretёsirёs amoniakale

ёshtё 0.997 kg/m3. Të njëjtat matje u kryen edhe për lartësi të mbushjes së kolonës 130 cm, 90

cm dhe 45 cm.

Ndërtojmë tabelat 3.9 dhe 3.10 me të dhënat e marra nga puna eksperimentale për lartësi

mbushjeje 170 cm për prurje lëngu 8 l/h dhe 14 l/h:

Tabela 3.9 Të dhënat eksperimentale për lartёsi mbushje 170 cm dhe prurje lëngu 8 l/h

Numri i provës 1 2 3 4 5

Ql (l/h) 8 8 8 8 8

Gl (kg/h) 7.816 7.816 7.816 7.816 7.816

72

Gg (kg/h) 1.217801 1.233654 1.246971 1.269165 1.281848

Gl/Gg 6.418126 6.335649 6.26799 6.158379 6.097449

Vg (m/s) 0.076526 0.076526 0.076526 0.076526 0.076526

Ch (%) 6 8.5 10.6 14.1 16.1

Cd (%) 1 1.5 1.8 2 2.5

X 0.833333 0.823529 0.830189 0.858156 0.84472

(a βg)' (1/s) 0.291059 0.281774 0.288023 0.317256 0.302555

βg (m/s) 0.003953 0.003827 0.003912 0.004309 0.004109

Tabela 3.10 Të dhënat eksperimentale pёr lartësi mbushje 170 cm dhe prurje lëngu 14 l/h Numri i provës 1 2 3 4 5

Ql (l/h) 14 14 14 14 14

Qg (m3/h) 1 1.5 2 2.5 3

Gl (kg/h) 13.678 13.678 13.678 13.678 13.678

Gg (kg/h) 1.218435 1.232386 1.2438 1.273614 1.286286

Gl/Gg 11.22587 11.0988 10.99694 10.73952 10.63371

Vg (m/s) 0.076526 0.076526 0.076526 0.076526 0.076526

Ch (%) 6.1 8.3 10.1 14.8 16.8

Cd (%) 2 2.2 2.3 2 2

X 0.672131 0.73494 0.772277 0.864865 0.880952

(a βg)' (1/s) 0.181147 0.215692 0.240355 0.325127 0.345717

βg (m/s) 0.00246 0.002929 0.003264 0.004416 0.004695

ΔP mmCCl4 50 112 193 294 -


mbushje 130 cm për prurje lëngu 8 l/h dhe 14 l/h:


Numri i provës 1 2 3 4

Ql (l/h) 8 8 8 8

Qg (m3/h) 1 1.5 2 2.5

Gl (kg/h) 7.816 7.816 7.816 7.816

Gg (kg/h) 1.271702 1.866651 2.452089 3.038209

Gl/Gg 6.146096 4.187177 3.187486 2.572568

Vg (m/s) 0.076526 0.114789 0.153052 0.191315

Ch (%) 14.5 10.2 7.3 5.6

Cd (%) 1.5 2.3 2.4 1.8

X 0.896552 0.77451 0.671233 0.678571

(a βg)' (1/s) 0.368532 0.362933 0.361405 0.460924

βg (m/s) 0.005005 0.004929 0.004908 0.00626

73



Ql (l/h) 14 14 14 14

Qg (m3/h) 1 1.5 2 2.5

Gl (kg/h) 13.678 13.678 13.678 13.678

Gg (kg/h) 1.271702 1.866651 2.452089 3.038209

Gl/Gg 10.75567 7.32756 5.5781 4.501994

Vg (m/s) 0.076526 0.114789 0.153052 0.191315

Ch (%) 14.5 10.2 7.3 5.6

Cd (%) 1.8 2.4 2.2 2

X 0.875862 0.764706 0.69863 0.642857

(a βg)' (1/s) 0.338915 0.352563 0.389674 0.418137

βg (m/s) 0.004603 0.004788 0.005292 0.005679

Ndërtojmë tabelat 3.13 dhe 3.14 me të dhënat e marra për lartësi mbushje 90 cm për prurje lëngu

8 l/h dhe 14 l/h:

Tabela 3.13 Të dhënat eksperimentale për lartësi mbushje 90 cm dhe prurje lëngu 8 l/h

Numri i provёs 1 2 3 4

Ql (l/h) 8 8 8 8

Qg (m3/h) 1 1.5 2 2.5

Gl (kg/h) 7.816 7.816 7.816 7.816

Gg (kg/h) 1.269799 1.8657 2.454626 3.036576

Gl/Gg 6.155304 4.189312 3.184192 2.573952

Vg (m/s) 0.076526 0.114789 0.153052 0.191315

Ch (%) 14.2 10.1 7.5 5.5

Cd (%) 1.5 1.4 1.6 1.4

X 0.894366 0.861386 0.786667 0.745455

(a βg)' (1/s) 0.365136 0.481497 0.501917 0.555668

βg (m/s) 0.004959 0.006539 0.006817 0.007547

ΔP mmCCl4 39 100 150 212

Tabela 3.14 Të dhënat eksperimentale për lartësi mbushje 90 cm dhe prurje lëngu 14 l/h


Ql (l/h) 14 14 14 14

Qg (m3/h) 1 1.5 2 2.5

Gl (kg/h) 13.678 13.678 13.678 13.678

Gg (kg/h) 1.269799 1.8657 2.454626 3.036576

Gl/Gg 10.77178 7.331296 5.572336 4.504415

Vg (m/s) 0.076526 0.114789 0.153052 0.191315

Ch (%) 14.2 10.1 7.5 5.5

Cd (%) 1.6 1.5 1.7 1.4

74

X 0.887324 0.851485 0.773333 0.745455

(a βg)' (1/s) 0.354652 0.464686 0.482221 0.555668

βg (m/s) 0.004817 0.006311 0.006549 0.007547

ΔP mmCCl4 40 120 155 209


mbushje 45 cm për prurje lëngu 8 l/h dhe 14 l/h:

Tabela 3.15 Të dhënat eksperimentale për lartesi mbushje 45 cm dhe prurje lëngu 8 l/h

Numri i provës 1 2 3

Ql (l/h) 8 8 8

Qg (m3/h) 1 1.5 2

Gl (kg/h) 7.816 7.816 7.816

Gg (kg/h) 1.270433 1.865268 2.450821

Gl/Gg 6.152231 4.190282 3.189135

Vg (m/s) 0.076526 0.114789 0.153052

Ch (%) 14.3 10 7.2

Cd (%) 2.4 2.1 1.6

X 0.832168 0.79 0.777778

(a βg)' (1/s) 0.289927 0.380275 0.488654

βg (m/s) 0.003938 0.005165 0.006637

ΔP mmCCl4 43 97 148


Numri i provës 1 2 3

Ql (l/h) 14 14 14

Qg (m3/h) 1 1.5 2

Gl (kg/h) 13.678 13.678 13.678

Gg (kg/h) 1.270433 1.865268 2.450821

Gl/Gg 10.7664 7.332993 5.580987

Vg (m/s) 0.076526 0.114789 0.153052

Ch (%) 14.3 10 7.2

Cd (%) 1.4 1.5 1.6

X 0.902098 0.85 0.777778

(a βg)' (1/s) 0.377483 0.462261 0.488654

βg (m/s) 0.005127 0.006278 0.006637

ΔP mmCCl4 42 98 150

Me tё dhёnat e marra nga tabelat 3.9 – 3.16 ndёrtojmё grafikёt qё paraqesin varёsitё midis

parametrave tё ndryshёm tё paraqitur nё figurat 3.12 - 3.27.

Grafiku 3.12 paraqet varësinë e rënies së presionit nga prurja e lëngut për lartësi 170 cm.

75

0

50

100

150

200

250

300

350

0.5 1 1.5 2 2.5 3

Ren

ia e

pre

sio

nit

mm

CC

l 4

Prurja e gazit Qg (m3/h)

Figura 3.12 Varësia e Δp nga prurja e gazit (H mbushjes= 170 cm)

Nё grafikёt 3.13 dhe 3.14 tregohet varёsia e rёnies sё presionit nga prurja e gazit pёr lartёsi

mbushjeje 90 cm dhe prurje tё lёngut pёrkatёsisht 8 l/h dhe 14 l/h.

0

50

100

150

200

250

0.5 1 1.5 2 2.5 3

Ren

ia e

pre

sio

nit

mm

CC

l 4


Figura 3.13 Varësia e Δp nga prurja e gazit (H mbushjes= 90 cm) dhe prurje tё lёngut 8 l/h

76

0

50

100

150

200

250

0.5 1 1.5 2 2.5 3

Ren

ia e

pre

sio

nit

mm

CC

l 4


Figura 3.14 Varësia e Δp nga prurja e gazit (H mbushjes= 90 cm) dhe prurje tё lёngut 14 l/h

Grafikёt 3.15 dhe 3.16 paraqesin varёsinё e rёnies sё presionit nga prurja e gazit pёr lartёsi

mbushjeje 45 cm dhe prurje tё lёngut respektivisht 8 l/h dhe 14 l/h.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0.5 1 1.5 2 2.5

Ren

ia e

pre

sio

nit

mm

CC

l 4


Figura 3.15 Varёsia e rёnies sё presionit nga prurja e gazit pёr lartёsi mbushjeje 45 cm dhe

prurje tё lёngut 8 l/h

77

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0.5 1 1.5 2 2.5

Ren

ia e

pre

sion

it m

mC

Cl 4


Figura 3.16 Varësia e Δp nga rënia e presionit (H mbushjes= 45 cm)dhe prurje tё lёngut 14 l/h

Figura 3.17 paraqet varёsinё e rёnies sё presionit nga raporti Gl/Gg pёr lartёsi mbushjeje 90 cm.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 1120

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Varesia e renies se presionit nga raporti Gl/Gg per lartesi mbushjeje H=90 cm

Gl/Gg

renia

e p

resi

onit

mm

CC

l4

prurje lëngu 8 l/h

prurje lëngu 14 l/h

Figura 3.17 Varёsia e rёnies sё presionit nga raporti Gl/Gg pёr lartёsi mbushjeje 90 cm

Nё grafikun e mёposhtёm jepet varёsia e raportit Gl/Gg ndaj rёnies sё presionit pёr lartёsi

mbushjeje 45 cm.

78

3 4 5 6 7 8 9 10 1140

60

80

100

120

140

160

Gl/Gg

Renia

e p

resio

nit m

mC

Cl4

Varesia e renies se presionit nga raporti Gl/Gg per lartesi mbushjeje H=45 cm

prurje lengu 8l/h

prurje lengu 14l/h

Figura 3.18 Varёsia e rёnies sё presionit nga raporti Gl/Gg pёr lartёsi mbushjeje 45 cm

Në grafikёt 3.19 dhe 3.20 është paraqitur varësia e aβg (1/s) nga përqëndrimi i CO2 (%) në hyrje

për lartësi mbushjeje pёrkatёsisht 130 cm dhe 90 cm ku prurja e lëngut është 14 l/h.

0.32

0.34

0.36

0.38

0.4

0.42

0.44

5 7 9 11 13 15

aβg (

1/s

)

% i CO2 hyrës

Ql=14l/h

Figura 3.19 Varёsia e aβg (1/s) nga pёrqёndrimi i CO

2 hyrës pёr lartёsi mbushjeje H=130 cm

79

y = -0.001x3 + 0.0293x2 - 0.2866x + 1.4084R² = 1

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

5 7 9 11 13 15

aβ

g (1

/s)

% i CO2 hyrës

Ql=14l/h

Figura 3.20 Varёsia e aβg (1/s) nga % i CO

2 hyrës pёr lartёsi mbushjeje H=90 cm

Grafiku 3.21 paraqet varësinë e βg nga lartësia e mbushjes për prurje lëngu 14 l/h.

Figura 3.21 Varёsia e βg (m/s) nga lartёsia e mbushjes H (cm)

80

Ndёrsa nё grafikun 3.22 tregohet varёsia e aβg (1/s) nga prurja e gazit Q

g pёr prurje tё lёngut

Ql=8l/h.

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.75 1.25 1.75 2.25

aβg

(1/s

)

Qg (m3/h)

H=45 cm

Figura 3.22 Varёsia e aβg (1/s) nga prurja e gazit Q

g pёr prurje tё lёngut Q

l=8 l/h

Grafiku 3.23 tregon varёsinё e shkallёs sё shndёrrimit nga raporti Gl/G

g pёr prurje tё lёngut 8 l/h.

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

X-s

hkal

la e

shnd

erri

mit

Gl/Gg

H=90cm

H=45 cm

Figura 3.23 Varёsia e X (shkalla e shndёrrimit) nga raporti Gl/G

g pёr prurje tё lёngut Ql=8 l/h

Nё figurat 3.24-3.27 paraqitet varёsia e produktit aβg nga shkalla e shndёrrimit pёr lartёsi tё ndryshme mbushjeje dhe pёr lartёsinё 45cm pёr dy prurje lёngu.

81

0.3

0.32

0.34

0.36

0.38

0.4

0.42

0.44

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

(a β

g)' (1

/s)

X -shkalla e shnderrimit

Figura 3.24 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X(shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi mbushjeje 130 cm

dhe Ql=14 l/h

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.73 0.78 0.83 0.88

(a β

g)'

(1

/s)


Figura 3.25 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X (shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi mbushjeje H=90 cm dhe Q

l=14 l/h

82

0.35

0.37

0.39

0.41

0.43

0.45

0.47

0.49

0.77 0.79 0.81 0.83 0.85 0.87 0.89 0.91

(a β

g)'

(1

/s)


Figura 3.26 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X (shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi mbushjeje H=45 cm

dhe Ql=14 l/h

Figura 3.27 Varёsia e (a βg)' (1/s) nga X (shkalla e shndёrrimit) pёr lartёsi mbushjeje H=45 cm

dhe Ql=8 l/h

3.3 PROJEKTIMI

Pёr tё realizuar projektimin e njё kolone fillimisht duhet tё studiojmё ekuilibrin avull-lёng.

Nё rast se nuk mund ta ndёrtojmё dot vijёn e ekulibrit pёrdorim tё dhёnat eksperimentale tё

ekuilibrit.

83

Ekuilibri

Ekuilibri jepet me anё tё barazimit:

eY mX ( 3.12 )

ku: m mund tё jetё ose jo njё madhёsi konstante

X – pёrqёndrimi relativ molar nё fazё tё lёngёt

eY – pёrqёndrimi relativ molar i ekuilibrit nё fazё tё gaztё

Nё disa raste ekuilibri jepet me anё tё barazimit:

ep H x ( 3.13 )

ku: ep – presioni i pjesshёm nё ekuilibёr

H ёshtё njё madhёsi konstante dhe quhet konstante e Henrit

x – thyesi molar nё fazё tё lёngёt

Pёr gazet qё treten keq nё absorbent, pёr llogaritje mund tё pёrdoren barazimet 3.12 dhe 3.13 si

dhe barazimi i mёposhtёm:

1 1e

mXY

m X

( 3.14 )

ku:H

mP

dhe P ёshtё presioni i pёrgjithshёm ( 3.15 )

Nё disa raste, kur m nuk ёshtё konstante, ose kur nuk kemi tё dhёna pёr koeficientin H, duhet tё

gjejmё tё dhёna eksperimentale, nga tё cilat mund tё kalojmё nё njё varёsi Ye=f(X).

3.3.1 Bilancet materiale

Sasia e pёrbёrёsit qё lё fazёn e gaztё ёshtё e barabartё me sasinё e pёrbёrёsit qё merr faza

e lёngёt. Forma mё e thjeshtё qё merr barazimi i bilancit material ёshtё ajo kur pёrqёndrimet e

pёrbёrёsit shprehen nё relative (molare apo nё masё), kurse prurjet e gazit dhe lёngut shprehen

nё kilomol apo kilogram mbartёs inert. Nё kёtё rast, barazimi i bilancit material do tё marrё

formёn:

1 2 2 1kM G Y Y L X X ose ( 3.16 )

1 2

2 1

Y YLl

G X X

( 3.17 )

ku: X-pёrqёndrimi relativ molar pёr lёngun

Y- pёrqёndrimi relativ molar pёr gazin

L- prurja e mbartёsit inert pёr lёngun (kmol/s)

84

G- Prurja e mbartёsit inert pёr gazin (kmol/s)

Vija e punёs nё diagramёn Y-X do tё shprehet me anё tё barazimit:

1 2G Y Y L X X ( 3.18 )

ose: 1 2 1 2

L LY X Y X lX l Y X

G G ( 3.19 )

Nga barazimi 3.19 prurja minimale e absorbentit do tё gjendet me anё tё barazimit:

1 2min

2 1

m

e

L Y Yl

G X X

( 3.20 )

Zakonisht l merret: l=(1.1-2)lmin

3.3.2 Forca lёvizёse dhe numri i njёsive tё transmetimit

Pёrqёndrimet e pёrbёrёsit nё fazёn e lёngёt dhe tё gaztё ndryshojnё gjatё lёvizjes sё

fazave. Pёr kёtё arsye do tё pёrdorim kuptimin e forcёs lёvizёse mesatare. Sasia e pёrbёrёsit qё

kalon nga faza e gaztё nё fazёn e lёngёt shprehet me anё tё barazimit:

1 1

2 2

1 1

k y e

Y Y

e

e y e yY Y

dM GdY K Y Y dF

Y Y dYF dY

G Y Y K Y Y K

( 3.21 )

ku: F – sipёrfaqja e takimit midis fazave

yK - koeficienti i transmetimit tё masёs i shprehur nё njёsi tё pёrqёndrimit tё fazёs sё gaztё

(m/s)

Numёr tё pёrgjithshёm tё njёsive tё transmetimit quhet madhёsia e barabartё me:

1

2

1 1Y

ye

oy

eY

K FY Y dYN

Y Y G

( 3.22 )

Barazimi 3.22 pёrdoret kur Ky ёshtё konstante, pra kur nuk varet nga pёrqёndrimi Y.

Po ashtu sasia e pёrbёrёsit qё kalon nga faza e gaztё nё fazёn e lёngёt mund tё shprehet:

2 2

1 1

1 1x x

k x e

e

e x e xx x

dM LdX K X X dF

X X dXF dX

L X X K X X K

2

1

1 1x

e xox

ex

X X dX K FN

X X L

( 3.23 )

Barazimi 3.23 pёrdoret kur Kx ёshtё konstante, pra nuk varet nga pёrqёndrimi X.

85

Sasinё e pёrbёrёsit qё kalon nga njёra fazё nё tjetrёn mund ta shprehim me anё tё barazimit tё

dhёnies sё masёs kur koeficientёt e transmetimit tё masёs nё barazimet e mёsipёrme

zёvendёsohen me koeficientёt e dhёnies sё masёs y xdhe , kurse pёrqёndrimet e ekuilibrit me

pёrqёndrimet nё sipёrfaqen e ndarjes sё fazave yn dhe xn.

Nё kёtё rast marrim numrin e njёsive tё transmetimit pёr fazёn e gaztё dhe tё lёngёt pёrkatёsisht:

1

2

Y

oy

nY

dYN

Y Y

( 3.24 )

ku: nY - thyesi molar nё fazё tё gaztё nё sipёrfaqen e ndarjes sё fazave

2

1

x

ox

nx

dXN

X X

( 3.25 )

ku: Xn – thyesi molar nё fazё tё lёngёt nё sipёrfaqen e ndarjes sё fazave

Lidhja midis numrit tё pёrgjithshёm tё njёsive tё transmetimit dhe numrit tё transmetimit jepet

nё barazimet e mёposhtme:

1 1 1 1 1

oy y x y x

m

N N l N N AN

(3.26 )

1 1 1 1

ox y x y x

l A

N m N N N N

( 3.27 )

A=L/m quhet faktor i absorbimit.

Numri i pёrgjithshёm i transmetimit mund tё shprehet edhe nёpёrmjet barazimeve:

y yv yv

oy

K S H a K S H K VN

G G G

( 3.28 )

ku: yvK - koeficienti i transmetimit tё masёs nё kmol/m3s

S – sipёrfaqja e prerjes tёrhore tё kolonёs

H – lartёsia e mbushje nё kolonё

V – prurja vёllimore e fazёs sё gaztё (m3/s)

k yv ap mM K V Y ( 3.29 )

ku: apV - vёllimi i mbushjes sё kolonёs

mY - ndryshimi i pёrqёndrimit

Po ashtu edhe lartёsia e aparatit mund tё gjendet me anё tё barazimit:

86

oy oy oy

yv

GH N N h

K ( 3.30 )

ku: - vёllimi specifik i lёngut qё mban mbushja

Njё barazim i njёjtё ёshtё edhe pёr fazёn e lёngёt, “hoy” quhet lartёsia e njёsisё sё transmetimit

dhe gjendet:

oy

yv

Gh

K S ( 3.31 )

Nё analogji me sa thamё mё sipёr mund tё shkruajmё barazimet:

ox

xv

Lh

K S ; y

yv

Gh

S ; x

xv

Lh

S ( 3.32 )

ku: - koeficienti i dhёnies sё masёs

Po ashtu mund tё shkruajmё:

xoy y x y

hmh h h h

l A ( 3.33 )

ox y x y x

lh h h Ah h

m ( 3.34 )

ox oy oy

lh h Ah

m ( 3.35 )

Nga barazimi 3.28 mund tё shkruajmё:

ap oy oy oy

yv

GV N N v

K ( 3.36 )

oy oy

yv

Gv S h

K ( 3.37 )

Barazime tё njёjta me barazimet 3.37 mund tё shkruajmё pёr vox, vy dhe vx.

Varёsia midis voy, vox dhe vy, vx mund tё shprehet me barazime tё njёjta me ato 3.33, 3.34 dhe

3.35 duke zёvendёsuar nё to hoy, hox, hy, hx pёrkatёsisht me voy, vox,vx dhe vy.

Propozojmё tre metoda pёr llogaritjen e aparateve tё absorbimit.

1- Pёrcaktimi i sipёrfaqes sё kontaktit tё fazave me anё tё barazimeve:

1 1

2 2

1 1Y Y

e

e y e yY Y

Y Y dYF dY

G y y K Y Y K

1

2

1 1Y

ye

oy

eY

K FY Y dYN

Y Y G

87

Kjo metodё kёrkon tё njihet koeficienti i transmetimit tё masёs dhe forca lёvizёse mesatare.

2- Pёrcaktimi i lartёsisё sё punёs sё aparatit sipas barazimit:

k yv ap mM K V Y

Kjo metodё kёrkon tё njihet koeficienti vёllimor i transmetimit tё masёs dhe forca lёvizёse

mesatare.

3- Pёrcaktimi i lartёsisё sё punёs tё aparatit sipas barazimit:

oy oy oy

yv

GH N N h

K

Kjo metodё kёrkon tё dhёna pёr lartёsinё e njёsisё sё transmetimit dhe gjetjen e numrit tё njёsive

tё transmetimit.

Si pёrfundim mund tё themi se forca lёvizёse mesatare mund tё llogaritet me anё tё barazimeve:

1 2m

oy

Y YY

N

( 3.38 )

1 2m

ox

X XX

N

( 3.39 )

3.3.3 Llogaritja e koeficientёve tё dhёnies sё masёs

Barazimi i dhёnies sё masёs mund tё shkruhet nё formёn:

kM F ( 3.40 )

ku : ёshtё koeficienti i dhёnies sё masёs qё tregon sasinё e substancёs sё transportuar brenda

fazёs nё njёsinё e kohёs, nё njёsinё e sipёrfaqes, pёr njёsi force lёvizёse.

Koeficientёt e transmetimit tё masёs lidhen me koeficientёt e dhёnies sё masёs me barazimet:

11 1

y y x

m

K ( 3.41 )

2

1 1 1

x y xK m ( 3.42 )

Kolonat me mbushje

Pёr gjetjen e koeficientit tё dhёnies sё masёs nё fazё tё gaztё mund tё pёrdoret barazimi:

0.8 0.33ReSh C Sc ( 3.43 )

ku: C=0.1-0.2

RegW

a

(kriteri Reinolds) ( 3.44 )

88

AB

ScD

(kriteri Shmid) ( 3.45 )

y

AB

lSh

D

Sh- Kriteri Shevrudit

Wg-prurja e fazёs sё gaztё nё kg/m2s, a- sipёrfaqja e lirё specifike e mbushjes (m

2/m

3),

, , ABD janё pёrkatёsisht viskoziteti, dendёsia dhe koeficienti i difuzionit.

l nё kriterin e Shevrudit merret diametri i sferёs me vёllim tё njёjtё me vёllimin e mbushjes

( l=0.815dj) ku dj ёshtё diametri i jashtёm i mbushjes.

Pёr pёrcaktimin e koeficientёve tё dhёnies sё masёs nё fazё tё lёngёt pёrdoret barazimi:

Rem nSh C Sc

C,m,n janё konstante, vlerat e tё cilave varen nga karakteristikat e mbushjes (tabela 3.17).

Tabela 3.17 Varёsia e koeficientёve C, m, n nga lloji i mbushjes

Mbushja Diametri i

mbushjes(mm)

C m n

Unaza Rashing 12 0.0082 0.65 0.5

Unaza Rashing 12-25 0.013 0.5 0.5

Unaza Rashing 26-50 0.015 0.66 0.33

Samare Berli 12-37 0.007 0.72 0.5

Unaza e copa

Pa pёrmasa

- 0.0015 0.66 0.33

Unaza Pal - 0.0024 0.77 0.5

Njehsimi i kolonёs sё absorbimit me mbushje

Njehsimi do tё kryhet pёr absorbimin e dioksidit tё karbonit nga pёrzierja e tij me ajrin.

Prurja e gazit nё 200C ёshtё 2000m

3/orё kurse pёrqёndrimi i CO2 ёshtё 8% . Absorbimi do tё

bёhet nё 20oC nё presion atmosferik. Gazi nё dalje nga kolona nuk duhet tё pёrmbajё mё shumё

se 0.5% (nё vёllim) CO2.

V=2000m3/orё=0.555m

3/s 1 2 10.08; y 0.005; x 0y

P=1bar; T=20

oC

Ekuilibri pёr sistemin CO2-ajёr-ujё:

104Xe (molCO2/mol ujё) 0.082 1.25 2.5 3.75 6.25 8.75 10 11.25 12.5

102Ye (mol CO2/mol ajёr) 0.087 1.34 2.72 4.14 7.09 10.2 11.8 13.5 15.3

89

Tё dhёnat e punёs qё do tё llogariten ose do tё vlerёsohen janё: prurjet e fazёs sё gaztё

(ajri) dhe tё fazёs sё lёngёt (ujё) dhe pёrqёndrimet fillestare dhe pёrfundimtare. Nga kёto tё

dhёna do ndёrtojmё vijёn e punёs nё sistemin kordinativ X-Y.

Bilanci material:

1 2 2 1kM G Y Y L X X

Prurjen e fazёs sё gaztё (ajrit) e gjejmё nga:

11 2000 1 0.08 1.20.613 /

3600 3600

V yG kg s

0.6130.02114 kmol/s

29G

Pёrqёndrimet e punёs i kthejmё nё relative molare:

11 2

1

0.080.0869 /

1 1 0.08

yY kmolCO kmol ajer

y

2 2

0.0050.00502 /

1 0.005Y kmolCO kmol ajer

1 0X (Uji futet nё kolonё pa CO2.)

Sasia e CO2 qё kapet nё kolonё:

4

1 2 0.02114 0.0869 0.00502 17.3 10 /kM G Y Y kmol s

417.3 10 / 6.23 / 274 /kM kmol s kmol h kg h

2 3

3

0

2744.16 10 /

3600 1.83

44 273 1.83 /

22.4 293

k

o

V m s

Tkg m

T

Prurja e fazёs sё lёngёt:

Duke ditur se l=(1.2-2)lmin, marrim l=1.16lmin dhe L=1.16Lmin

41 2

min 24

2

17.3 102.3 /

7.5 10e

G Y YL kmolH O s

x

X2e u gjet nga grafiku i punёs X2e=7.5*10-4

min1.16 1.16 2.3 2.668 /L L kmol s

3 32.668 18 48.024 / 0.048 / 172.88 /L kg s m s m h

Gjejmё X2 nga barazimi:

90

44

2

17.3 106.48 10

2.668

kMX

L

kmolCO2/kmol H2O

Pra si pёrfundim kemi gjetur kёta parametra:

G=0.02114kmol/s; 0.613 /G kg s 1 20.0869 / Y kmolCO kmol ajer

2 20.00502 / Y kmolCO kmol ajer ; 2.668 /L kmol s ; 3172.88 /L m h

1 0X

4

2 6.48 10 0.000648X kmolCO2/kmol H2O

4 2

217.3 10 / 7.61 10 /kM kmol s kgCO s

Barazimi i vijёs sё punёs:

2 126.2 0.00502L

Y X Y XG

Nё grafikun e figurёs 3.28 paraqitet vija e ekuilibrit dhe vija e punёs.

0 2 4 6 8 10 12 14

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

R=1

Y=126*X+0.0050

R=0.99997

Ye =0.02251+1.03738 X+0.01448 X2

Y*1

0^2

mo

l C

O2

/mo

l a

jer

X*10^4 molCO2/mol H2O

Ye=f(Xe)

Vija e punes

Figura 3.28 Vija e ekuilibrit Ye=f(Xe) dhe vija e punёs

91

Forca lёvizёse

Forca lёvizёse njehsohet me barazimin:

22

0.0869 0.005020.00847 /

9.657m

oy

Y YY kmolCO kmol ajer

N

ku: 1

2

1 1Y

e

oy

eY

Y YN dY

Y Y

Tabela e mёposhtme paraqet vlerat pёr njehsimin e integralit (I=Noy).

104X 10

2Ye 10

2Y 1 1 e

e

Y Y

Y Y

0 0 0,502 200

0.082 0.087 0.60532 194

1.25 1.34 2.077 140

2.5 2.72 3.652 114

3.75 4.14 5.227 101

6.25 7.09 8.377 90

6.48 7.5 8.69 98

I=9.67

Grafiku i figurёs 3.29 paraqet njehsimin grafik tё I=Noy.

92

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

80

100

120

140

160

180

200

I=NOy=9.657

Integration :

i = 1 --> 7

x = 0.00502 --> 0.0869

Area

--------

9.65753

(1+

Y)*

(1+

Ye

)/(Y

-Ye

)

Y

Figura 3.29 Njehsimi grafik i integralit

Nga njehsimi grafik rezultoi se: I=Noy=9.657 .

422 2

0.0006480.757 10

8.56m

OX

XX kmol CO kmol H O

N

ku: 2

1

1 1X

e

ox

eX

X XN dX

X X

Tabela 3.18 dhe grafiku i figurёs 3.30 paraqesin zgjidhjen e Nox.

Tabela 3.18 Zgjidhja tabelare pёr njehsimin e I=Nox

104X 10

4Xe 1 1 e

e

X X

X X

0 0.483073 20701.82

0.4 0.935085 18691.1

0.8 1.381242 17208.29

93

1.6 2.263185 15084.58

2 2.700532 14281.57

2.4 3.136038 13593.79

2.8 3.569971 12995.78

3.2 4.002534 12469.51

3.6 4.433882 12001.74

4 4.86414 11582.46

4.4 5.29341 11203.92

4.8 5.721775 10860.05

5.2 6.149308 10545.95

5.6 6.576068 10257.67

6 7.002109 9991.934

6.4 7.427477 9746.045

6.48 7.512473 9699.042

I=Nox=8.56

Nox e gjetёm me anё tё integrimit grafik tё treguar nё tabelёn 3.18 ku vlerat e X dhe tё Xe u

morёn nga vija e ekuilibrit dhe vija e punёs.

94

-0.0001 0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

I=Nox=8.56

Integration :

i = 1 --> 17

x = 0 --> 6.48E-4

Area

8.56333

(1+

X)*

(1+

Xe

)/(X

-Xe

)

X mol CO2/ mol H2O

Figura 3.30 Zgjidhja grafike pёr gjetjen e NOx

Koeficientёt e dhёnies dhe tё transmetimit tё masёs

Koeficientёt e dhёnies sё masёs do t’i llogaritim me anё tё barazimit 3.43. Para se tё

kalojmё nё kёto llogaritje, pёr tё thjeshtuar punёn po pёrcaktojmё tipin e kolonёs dhe disa

parametra qё duhen pёr pёrdorimin e barazimit 3.43. Kolona do tё jetё me mbushje, sepse dihet

qё CO2 ёshtё agresiv. Ndёr kolonat me mbushje po zgjedhim ato me unaza Rashing prej

porcelani me pёrmasa 50 x 50 x 5 mm me kёto karakteristika:

1 490 ; 0.785 ; 0.035em d m

ku: -sipёrfaqja specifike e mbushjes

-poroziteti i mbushjes

ed -diametri ekuivalent

Numri i mbushjeve pёr 1m3 ёshtё 6000, masa e 1m

3 ёshtё 530kg.

Shpejtёsia e gazit dhe diametri i kolonёs zgjidhen si mё poshtё:

Shpejtёsia pёr tё cilёn kolona bukoset zgjidhet me anё tё barazimit:

95

0.252

0.16

3log 0.022 1.75

g gol

l l

V L

g G

Pёr kёtё barazim 3 31.2 ; 1000 ; 1g l lkg m kg m cpz . 48.024 /L kg s 0.613 /G kg s Atёherё:

0.252

0.16

3

90 1.2 48.024 1.2log 1 0.022 1.75

1000 0.613 10009.81 0.785

ov

2 2 32.28 10 5.97 10ov

0.51ov m s

Si shpejtёsi tё punёs marrim: 0.8 ov v

0.8 0.51 0.41v m s

Diametrin e kolonёs e gjejmё me anё tё barazimit:

4 4 0.5551.31

0.41

VD m

v

2 221.31

1.354 4

DS m

Pёr tё gjetur koeficientin e dhёnies sё masёs y , nisemi nga barazimet:

0.330.80.12 ReSh Sc

ABy

Sh D

l

3

0.454Re 297

90 0.017 10

gq

a

ku:

20.6130.454

1.35g

Gq kg m s

S

3 20.017 0.017 10g cpz N s m

3

4

0.017 101.1

1.2 0.128 10AB

ScD

3 2

21 3 1 3

0.0043 1 1AB

A BA B

TD

M Mp V V

96

3 3273 20 293 ; 1 ; 34 ; 29.9 ; 44 dhe 28.95A B A BT K p at V cm mol V cm mol M M

Pasi zёvendёsojmё mё sipёr marrim:

3 3 22 5 2

21 3 1 3

4.3 10 293 1 10.128 1.28 10

44 28.951 34 29.9ABD cm s m s

Atёherё :

0.8 0.33

0.12 297 1.1 11.7Sh

5311.7 1.28 10

3.67 100.815 0.05

y m s

ose

2

3

kmol

kmolm s

m

ku: 0.815 jl d

34

2

3.67 101.63 10

22.4y

kmol

kmolm s

kmol

Pёr tё gjetur koeficientin e dhёnies sё masёs pёr fazёn e lёngёt nisemi nga tabela 3.17:

0.330.660.015 ReSh Sc

3

35.6Re 396

90 1 10

lq

a

Ku 248.024

35.61.35

l

Lq kg m s

S

3

9

1 10376

1000 2.657 10AB

ScD

9 22.657 10ABD m s u mor nga tabela e konstanteve fizike dhe

0.66 0.33

0.015 396 376 5.5Sh

94

5

5.5 2.657 103.13 10

4.67 10

ABx

o

Sh Dm s

l

ose

2

3

kmol

kmolm s

m

1 3 1 32 6

5

0 2 6

104.67 10

10 9.81l m

g

42

2

3.13 10 10001.74 10

18x

kmol

kmolm s

kmol

97

3.3.4 Lartёsia e njёsisё sё transmetimit

Pёr njehsimin e lartёsisё sё njёsisё sё transmetimit pёrdoren barazimet:

0.345 0.660.345 0.660.615 Re 0.615 0.035 297 1.1y eH d Sc

0.163yH m

0.25 0.55 0.25 0.5 5119 4.67 10 Re 119 4.67 10 396 376xH Sc

0.48xH m

Lartёsia e pёrgjithshme e njёsive tё transmetimit do tё jetё:

110.7 0.021140.163 0.48 0.584

2.668

y

oy y x

m GH H H m

L

2.6680.48 0.163 0.668

109.05 0.02114ox x y

x

LH H H m

m G

ku: m po marrim pjerrёsinё mesatare tё vijёs sё ekuilibrit, e cila llogaritet nё kёtё mёnyrё:

Dimё se 2ky

k

Y ym

X X

dhe

2

4

1.74 10 107

1.63 10

k xx

e k y

Y Ym tg

X X

Por nga figura duket se:

k i

k e

Y Y Y Ytg

X X X X

Mga ku marrim:

i eY Y tg X X

Atёherё veprojmё nё kёtё mёnyrё: Ndёrtojmё shkallё, duke filluar nga pika A (fig.3.31) e vijёs

sё ekuilibrit. Pёr çdo shkallё gjejmё iY .

98

-0.5

0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

-1 0 1 2 3 4 5 6 7

X*10^4

Y*10

^2

AB

C

Figura 3.31 Gjetja e my dhe mx

Bashkojmё iY me pikёn B dhe gjemё pikёn C, qё ka koordinatat ,k kX Y . Duke pёrdorur

barazimet e mёsipёrme pёr ym dhe xm , gjejmё kёto tё fundit pёr çdo shkallё ose ndarje tё vijёs

sё ekuilibrit:

4 20.0869 107 7.5 6.48 10 7.6 10iY

4 2

2 0.0742 107 6.48 5.5 10 6.37 10Y

4 2

3 0.0613 107 5.5 4.47 10 5.03 10Y

4 2

4 0.0493 107 4.47 3.5 10 3.89 10Y

4 2

5 0.0385 107 3.5 2.67 10 2.96 10Y

4 2

6 0.0285 107 2.67 1.87 10 1.99 10Y

4 2

7 0.02 107 1.87 1.17 10 1.25 10Y

4 2

8 0.0122 107 1.17 0.67 10 0.68 10Y

4

9 0.0065 107 0.67 0.14 10 0.000829Y

4

10 0.00502 107 1.8 0 10 0.014Y

99

2

1 4

8.15 7.42 10128

7.05 6.48 10m

2

6.8 6.13100 128.8

6.02 5.5m

3

5.55 4.93100 117

5.0 4.47m

4

4.43 3.85100 116

4.0 3.5m

5

3.35 2.85100 116.3

3.1 2.67m

6

2.37 2100 112.1

2.2 1.87m

7

1.6 1.22100 115.15

1.5 1.17m

8

0.95 0.65100 107.14

0.9 0.62m

9

0.43 0.15100 107.7

0.4 0.14m

10

0 0.2100 80

0.05 0.3m

1 3 4 5 6 7 8 9 10 110.710

y

m m m m m m m m m mm

1

8.69 8.15100 120

7.5 7.05m

2

7.42 6.8100 134

6.48 6.02m

3

6.13 5.55100 116

5.5 5m

4

4.93 4.43100 106.4

4.47 4m

5

3.85 3.35100 125

3.5 3.1m

6

2.85 2.37100 102

2.67 2.2m

7

2 1.6100 108.1

1.87 1.5m

8

1.22 0.95100 100

1.17 0.9m

9

0.65 0.43100 100

0.62 0.4m

10

0.15 0100 79

0.14 0.05m

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 109.0510

x

m m m m m m m m m mm

Lartёsia e kolonёs sipas mёnyrёs sё parё del:

9.657 0.584 5.64oy oyH N H m

8.56 0.668 5.71ox oxH N H m

Parametri m ndryshon shumё gjatё kolonёs, prandaj nuk mund tё pranojmё mesatarizimin e kёtij

parametri. Nё kёtё rast duhet tё pёrdorim barazminet 3.21 dhe 3.23 pёr tё pёrcaktuar sipёrfaqet e

kёmbimit tё masёs dhe pastaj, meqёnёse kemi sipёrfaqen e prerjes tёrthore tё kolonёs, mund tё

kalojmё shpejt nё lartёsinё e kolonёs.

Pra kemi:

1

2

1 1y

e

e yy

Y YF G dY

Y Y K

dhe

2

1

1 1x

e

e xx

X XF L dX

X X K

100

Qё tё pёrdoren kёto barazime duhet tё njohim ndryshimin e yK dhe

xK nga pёrqёndrimi Y dhe

X. Kёtё ndryshim e gjejmё lehtё, sepse kemi gjetur mё sipёr ndryshimin e vlerave tё m-sё (xm e

zm ) gjatё zonave tё ekuilibrit:

1 1 yi

y y x

m

K

1 1 1

x x x yK m

Kёtu duhet tё kemi kujdes qё njёsitё e x e y t’i kthejmё nё 2kmol m s kmol kmol nё

qoftё se i kemi nё njёsi tё tjera.

Duke u nisur nga barazimet e mёsipёrme, mbushim tabelat 3.19 dhe 3.20:

Tabela 3.19 Vlerat e my, mx dhe kx pёr çdo zonё.

Zona 104 X 10

2Y my 10

4 Ky mx 10

4 Kx

1 -0.3 0.15 80 0.93173456 79 74.0033028

2 0.14 0.65 107.7 0.81138375 100 84.1602374

3 0.62 1.22 107.14 0.8135081 100 84.1602374

4 1.17 2 115.15 0.78414242 108.1 87.5472854

5 1.87 2.85 112.1 0.79507069 102 85.020984

6 2.67 3.85 116.3 0.78009951 125 93.8517538

7 3.5 4.93 116 0.78115016 106.4 86.8577679

8 4.47 6.13 117 0.77765896 116 90.6134185

9 5.5 7.42 128.8 0.73870148 134 96.847969

10 6.48 8.69 128 0.7412189 120 92.0844156

Tabela 3.20 Vlerat pёr zgjidhjen e integraleve pёr pёrcaktimin e sipёrfaqes

Zona

104 X

102Y

Xe

Ye

1 1 e

e y

Y Y

Y Y K

1 1 e

e x

X X

X X K

1 0 0.502 0.4 0 2148715 3378363

2 0.14 0.65 0.62 0.15 2484668 2475625

3 0.62 1.22 1.17 0.65 2197067 2160768

4 1.17 2 1.87 1.22 1688018 1632267

5 1.87 2.85 2.67 2 1552315 1470893

6 2.67 3.85 3.5 2.85 1369181 1284539

7 3.5 4.93 4.47 3.85 1291659 1187861

8 4.47 6.13 5.5 4.93 1193349 1072514

101

9 5.5 7.42 6.48 6.13 1196368 1054881

10 6.48 8.69 7.5 7.42 1240294 1066156

4 21.63 10y kmol m s kmol kmol dhe 2 21.74 10x kmol m s kmol kmol

Nё figurёn 3.32 jepen zgjidhjet grafike tё integraleve.

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

2000000

2200000

2400000

2600000

Iy=120467.42388

Integration :

i = 1 --> 10

x = 0.00502 --> 0.0869

Area

-------------

120467.42388

(1+

Y)*

(1+

Ye

)/(Y

-Ye

)*K

y

Y MolCO2/mol ajer

Figura 3.32 Zgjidhja grafike e integralit pёr pёrcaktimin e Iy

Nga zgjidhja grafike rezulton:

2120467.4239yI m s kmol

Nё grafikun e figurёs sё mёposhtme paraqitet zgjidhja grafike e integralit pёr pёrcaktimin e Ix.

102

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

Ix=901.11221

Integration :

i = 1 --> 10

x = 0 --> 6.48E-4

Area

----------

901.11221

(1+

X)*

(1+

Xe)/

(X-X

e)*

Kx

X mol CO2/ molH2O

Figura 3.33 Zgjidhja grafike e integralit pёr pёrcaktimin e Ix

Nga zgjidhja grafike marrim:

2901.1122xl m s kmol

Nga ku:

2

1 0.02114 120467.4 2546yF G l m

2

2 2.668 901 2403xF L l m

Nё kёtё mёnyrё lartёsitё e mbushjeve tё gjetura me tё dy metodat

rezultojnё: 1 254620.98

90 1.35

FH m

S

Dhe

2 240319.8

90 1.35

FH m

S

103

Pjesёt ndihmёse tё kolonave tё absorbimit

Nё pjesёt ndihmёse tё kolonave tё absorbimeve hyjnё: pajisjet pёr shpёrndarjen e

absorbentit, ndarёsit ose kapёsit e piklave, rrjetat pёr mbajtjen e mbushjes, fundi i kolonёs dhe

tubat pёr futjen e fazёs sё gaztё dhe tё lёngёt.

Pajisja pёr shpёrndarjen e absorbentit

Nga zgjedhja e saj varet edhe puna normale e kolonёs. Nё qoftё se nuk krijojmё vaditje

tё njёtrajtshme atёherё nuk mund tё presim shpёrndarje tё njёtrajtshme tё lёngut me mbushje.

Njё nga pajisjet mё tё pёrdorshme ёshtё pajisja nё formё dushi (fig. 3.34). Kjo pajisje

vendoset nё krye tё kolonёs, poshtё kapёsit tё pikave dhe nё qendёr. Fundi ka formёn sferike.

Vrimat duhet tё kenё diametёr jo mё tё vogёl se 4 mm. Pёr tё pёrcaktuar largёsinё e vendosjes sё

dushit nga sipёrfaqja e mbushjes, pёrdorim barazimet:

2

0

1sin

2Z v t gt ( 3.46 )

0 cosx v t ( 3.47 )

ku: - kёndi ndaj horizontit me tё cilin çurka anёsore rrjedh nga vrima; 0v - shpejtёsia e daljes

sё lёngut nga vrima; x- rrezja maksimale e shpёrndarjes sё lёngut X<R (R-rrezja e kolonёs) dhe

Z- largёsia e dushit nga sipёrfaqja e mbushjes.

Zgjedhim vlerёn e x dhe e vendosim nё barazimin 3.47 dhe pёrcaktojmё aty t dhe mё pas kёtё

“t” e vendosim nё barazimin 3.46 dhe gjejmё Z.

Z

Figura 3.34 Pajisje nё formё dushi pёr vaditjen e kolonёs me mbushje

Figura 3.35 Sitat e hapura

104

Njё pajisje tjetёr janё sitat e hapura (fig. 3.35). Lёngu kёtu rrjedh nёn shtypjen

hidrostatike. Kjo pajisje lejon tё ndryshohet sasia e lёngut nё kufij shumё tё gjerё, duke

ndryshuar lartёsinё e lёngut nё gotё. Sasia minimale e lёngut duhet tё jetё e tillё qё mbi

vrima tё ketё gjithmonё njё shtresё tё hollё lёngu. Sasia e lёngut qё rrjedh merret me anё

tё barazimit:

. . .lv i a f v ( 3.48 )

ku: i-numri i vrimave; f- prerja e vrimave 2m ; v- shpejtёsia teorike e rrjedhjes nё m s ;

a- koeficient ngushtimi rryme 0.65a pёr diametёr vrimash rreth 5mm.

Shpejtёsia e rrjedhjes nga vrimat:

2v gH ( 3.49 )

Kurse prurja minimale minV dhe prurja maksimale maxV pёr sitёn e dhёnё gjenden me

anё tё barazimeve:

min min. . 2V i a f gh ( 3.50 )

max max. . 2V i a f gh ( 3.51 )

Pёr vrimat 5mm , minh mund tё merret 10mm. Zakonisht diametri i vrimave

zgjidhet nga 5 nё 8mm.

Midis anёve tё sitёs dhe mureve tё kolonёs duhet lёnё njё hapёsirё pёr kalimin e

gazit. Njё kontruksion i pёrmirёsuar i sitave janё sitat me tuba, (fig.3.36). Hapёsirat dhe

diametrat e veprimit janё njёlloj si tё shpёrndarёsit mё sipёr.

Kapёsit e piklave

Gazet qё dalin nga pjesa e aparatit (kolonёs ku kryhet procesi i absorbimit)

mbartin me vete pikla lёngu. Pёr tё kapur kёto pikla, pёrpara se gazi tё dalё nga kolona,

pёrdoren pajisje tё veçanta, tё cilat mund tё vendosen ose brenda kolonёs pёrpara se gazi

ta lёrё atё, ose mund tё vendosen jashtё kolonёs, anash saj (fig. 3.37).

Figura 3.36 Skema e pajisjes vaditёse me tuba

Pajisja mё e thjeshtё ёshtё njё shtresё mbushjeje me unaza mё tё imta, zakonisht

15mm , nё pjesёn e sipёrme tё kolonёs (fig. 3.37/b), me trashёsi rreth 300mm .

105

a b c d

Figura 3.37 Skemat e kapёsve tё piklave

Rrjetat pёr mbajtjen e mbushjes

Mbushjet mbahen me rrjeta tё pёrbёra nga rripa metalikё tё lidhur midis tyre me

mёnyra tё ndryshme. Duhen shmangur disqet e vrimёzuara, tё cilat pёr diametёr tё madh

tё kolonёs, keqёsojnё punёn normale, kanё kosto tё lartё dhe sipёrfaqe tё lirё tё vogёl,

duke i ushtruar njё rezistencё tё madhe fazёs sё gaztё. Prerja e lirё e mbajtёsve duhet tё

jetё e njёjtё me prerjen e lirё tё mbushjes. Largёsia midis rripave merret zakonisht

0.7d (d- diametri i mbushjes). Pёr lehtёsi sinontimi, rrjeta pёrgatitet dhe montohet me

copa tё veçanta, tё çmontueshme.

Sitat llogariten me fortёsi qё tё mbajnё mbushjen e thatё plus lёngun. Sasia e

lёngut tё mbajtur zё 10 deri 15% tё vёllimit tё mbushjes. Sa mё e vogёl mbushja (sa mё i

vogёl diametri i elementit mbushёs ), aq mё e madhe aftёsia mbajtёse e saj.

Diametri i tubave pёr futjen e gazit dhe tё lёngut

Kёta diametra i pёrcaktojmё zakonisht sipas shpejtёsisё sё lejuar tё rrymёs.

Shpejtёsitё e lejuara jepen mё poshtё:

1. Nё marrjen e pompёs ose nё tubat me vetёrrjedhje:

0.2 0.6m s

2. Nё dhёnien e pompёs (psh. kur futim lёngun nё kolonё):

1 2m s

3. Nё futje tё gazit nё kolonё:

30 50m s

4. Pёr kolonat qё punojnё me shtypje mё tё madhe se 1atm, shpejtёsia e gazit nё hyrje pёrcaktohet sipas barazimit:

0vv

P

ku: v dhe 0v pёrkatёsisht janё shpejtёsitё e gazit nё shtypje dhe nё shtypjen 1 atm nё

m s , P- shtypja atmosferike (bar)

106

Lartёsia maksimale e njё shtrese mbushjeje

Gjatё projektimit tё kolonave me mbushje duhet tё kufizohet lartёsia e mbushjes

(lartёsia e njё seksioni), prandaj duhet tё merren kёto vlera maksimale tё raportit tё

lastёsisё sё njё seksioni me mbushje me diametrine kolonёs:

Unaza Rashing 2.5 -3

Samare Berli dhe Italoks 5-8

Unaza Pal 5-10

Sasia e lёngut qё mban kolona me mbushje

Kjo sasi llogaritet me anё tё barazimit:

A

( 3.52 )

ku: 2

3A

1 32

32

U a b

R

dhe U- dendёsia e vaditjes 3 2m m s

0.3

1.748

Reb

a - sipёrfaqja e lirё specifike ( 2 2m m )

- vёllimi i lirё specifik 3 3m m

g – nxitimi i rёnies sё lirё

Kjo sasi duhet pёr tё llogaritur fundin e njё kolone me mbushje. Fundi i kolonёs (lartёsia

e fundit tё kolonёs) llogaritet me anё tё barazimit:

0.5mbf

VH

S

( 3.53 )

Pjesёt e tjera dytёsore tё kolonёs

Njё pajisje tjetёr dytёsore e kolonёs ёshtё pajisja pёr shpёrndarjen e ujit (fig. 3.34).

Dimё se 48.024 V l s , 1.41v m s

Diametri i tubit tё futjes sё lёngut pёrcaktohet nga:

2

4

dV v

nga ku

4Vd

v

Dhe 0.048 4

0.208 2081.41

d m mm

107

1.31D m , 0.655R m marrim 0.65x m dhe 45

Numri i vrimave pёrcaktohet si mё poshtё:

ny

n b

; 0.5y ; 3.8b del n 5 vrima

Zgjedhim diametrin e vrimave 8mm 0 8d mm . Nё çdo vrimё kalojnё:

48.024 5 9.6 ujel s

Atёherё:

0 2

4 0.0096v 191

0.008m s

Nga barazimi 3.47 marrim:

0

0.650.0048

cos 191 cos 45

xt

v

Me anё tё barazimit 3.46 gjejmё largёsinё e dushit nga sipёrfaqja e mbushjeve:

21191 0.0048 sin 45 9.81 0.0048 0.648

2Z m

Sipёr kolonёs vendosim njё shtresё mbushjeje me lartёsi 300mm dhe me diametёr tё

elementit mbushёs 15mm . Kjo shtresё do tё shёrbejё si kapёs piklash.

Pёr tё mbajtur mbushjen, pёrdorim rrjetё çeliku tё oksidueshme, tё pёrbёrё nga shufra

çeliku me hapёsirё midis tyre 0.7 50 35mm mm .

Diametri i vrimёs pёr futjen e gazit:

0

4VD

v

Zgjedhim 30v m s ; 3

0 0.02114 22.4 0.474V m s

32930.474 0.508

273V m s

0

4 0.5080.147 147

30D m mm

Po aq do tё jetё edhe diametri i tubit pёr daljen e gazit. Vёllimi i fundit tё kolonёs do tё

jetё:

0.30.3

1.748 1.7480.291

Re 396l

b

108

1 31 3 22

33

0.0356 90 0.2913 3 0.455

2 2 9.81 0.785

U a bA

g

3 20.455 0.7850.179 leng mbushje

2

Am m

319.8 1.35 26.7mbV m

Lartёsia e pjesёs fundore do tё jetё:

0.179 26.7

0.5 0.5 4.04 41.35

mbf

VH m m

S

Mbushjen e ndajmё nё 6 seksione, nga tё cilat 5 seksione janё nga 3 m, kurse

seksioni i fundit ёshtё 4.8 m. Ndёrmjet mbushjeve krijohen 5 hapёsira me largёsi 0.5 m

secila pra 5 0.5 2.5m . Ndёrmjet hapёsirave vendosim unaza pёr kthimin e lёngut nga

anёt nё qendёr. Lartёsia e pёrgjithshme e kolonёs del:

19.8 2.5 2 4 0.65 28.95m

Njё vizatim tё kolonёs po e japim nё figurёn 3.38:

109

1310 x 5

50 x 50 x 5

65

04800

500

5 x

3000

4

x 5

00

(5

x 3

000

4800

5 x

500)

4000

20

0

850

40

0550 15 x 15 x 1

Figura 3.38 Skemё e kolonёs me mbushje

3.4 DISKUTIME TЁ REZULTATEVE EKSPERIMENTALE

Diskutim i rezultateve tё matjeve hidrodinamike

Kryerja e procesit tё absorbimit nuk mund tё realizohet pa kryer fillimisht

studimin hidrodinamik tё kolonёs. Me anё tё kёtij studimi pёrcaktohet pika e pёrmbytjes

sё kolonёs. Duke pёrcaktuar pikёn e pёrmbytjes pёrcaktohen vlerat e prujes ku mund tё

eksperimentohet.

Funksioni hidrodinamik i kolonёs mund tё pёrshkruhet duke e ndarё atё nё tre zona:

110

Nё zonёn e parё kemi rrjedhjen laminare tё lёngut nё sipёrfaqen e mbushjes dhe

rritje graduale tё rёnies sё presionit me rritjen e sasisё sё gazit.

Nё zonёn e dytё fillon tё shfaqet turbulenca dhe njё pjesё e lёngut mbahet nё

gjendje pezull nё kolonё. Nё kёtё zonё rritja e presionit ёshtё mё e shpejtё.

Nё zonёn e tretё, me rritjen e prurjes sё gazit, faza e gaztё bёhet e shpёrndarё,

kurse faza e lёngёt bёhet e plotё. Rёnia e presionit ёshtё mjaft e theksuar. Ky ёshtё dhe

regjimi maksimal nё tё cilin mund tё punojё kolona.

Me rritjen e mёtejshme tё prurjes sё gazit, lёngu mbartet nga gazi dhe largohet

bashkё me tё, pa hyrё nё kolonё.

Hidrodinamika e kolonave me mbushje ёshtё studiuar gjerёsisht dhe pёr tё

ekzistojnё shumё ekuacione empirike ose gjysёm empirike.

Pёr rёnien e presionit nё kolonat ekzistojnё shumё ekuacione, por mё i pёrhapuri

ёshtё ai i ERGEN.

2

0 03 2 2 3 2

1 1150 1.75

pv v

H d d

Nё studimin tonё, nuk patёm pёr qёllim tё shikojmё pёrputhjen e ekuacioneve tё

lartpёrmendura me rezultatet tona, por vetёm tё krijojmё njё gjykim tё pёrgjithshem mbi

hidrodinamikёn e kolonёs tonё. Nё fig. 3.7 jepen varёsitё e rёnies sё presionit nga raporti

Gl/Gg e lёngut, pёr prurje tё ndryshme tё lёngut nё kolonёn bosh dhe nё kolonёn me

mbushje me unaza Rashing.

Nё kolonёn bosh, pikat e pёrmbytjes pёr prurje tё ndryshme tё gazit ndodhen

brenda njё intervali tё ngushtё tё prurjes sё lёngut. Me rritjen e lartёsisё sё mbushjes ky

interval zgjerohet shumё dhe zhvendoset drejt prurjeve gjithnjё e mё tё vogla tё lёngut.

Kjo shpjegohet me ndikimin e fuqishёm tё mbushjes nё rezistencёn hidrodinamike tё

kolonёs.

Gazet e shkarkimeve industriale, qё janё objekt i studimit tonё kanё njё presion tё

vogёl mbi atё atmosferik, kurse kolonat e mbushura me unaza Rashing kanё rёnie

presioni relativisht tё larta. Pёr kёtё arsye nё punёn tonё u kalua nё mbushjen me listela

qё ka njё rezistencё hidrodinamike tё ulёt.

Gjatё kryerjes sё provave pёr absorbimin e 2CO , nё kolonёn e mbushur me listela,

u bёnё dhe matjet e rezistencёs hidrodinamike pёr lartёsi mbushje me listela 170 cm,130

cm, 90 cm dhe 45 cm.. Tё gjitha vlerat e matura tё rёnies sё presionit janё paraqitur nё

fig. 3.12-3.18.

Me rritjen e raportit l gG G , pra zvogёlimin e prurjes sё gazit, rёnia e presionit

zvogёlohet dhe shpjegohet edhe me zvogёlimin e rezistencёs hidrodinamike tё kolonёs.

Nё mёnyrё tё ngjashme, vёmё re qё pёr raporte tё vogla l gG G ndikimi i lG nё

rёnien e prёsionit ёshtё i fuqishёm dhe vjen dukё u zvogёluar me rritjen e l gG G .

Gjithashtu vihet re qё pёr tё njёjtёn prurje gazi, me rritjen e prurjes sё lёngut afro

dy herё, rёnia e presionit rritet shumё pak. Ndёrkohё vlerat absolute tё P janё tё larta.

111

Kjo ndodh pёr faktin se gjatё kryerjes sё provave eksperimentale, nga vetё poziocioni i

pikave tё marrjes sё mostrave qё shёrbenin dhe si pika tё matjes sё presionit nё vlerёn e

matur P , pёrfshihet dhe rezistenca hidrodinamike e njё pjese tё linjёs sё gazit dhe enёs

sё absorbimit tё 2SO . Nё fakt rezistenca hidrodinamike e vetё mbushjes me listela ёshtё

shumё mё e vogёl se vlerat e matura.

Rezistenca hidrodinamike nё kolonёn me listela rezultoi mё e vogёl se nё kolonёn me

mbushje me unaza Rashing.

Diskutimi i rezultateve eksperimentale tё absorbimit tё 2CO

Absorbimi, si njё proces i transferimit tё masёs nё sistemet gaz-lёng, gjen njё

pёrdorim mjaft tё gjerё nё industrinё kimike.

Ekuacionet e pёrgjithshme qё shprehin fluksin specifik tё pёrbёrёsit A tё fazёs sё

gaztё janё:

* *

A g A A L A AN K Y Y K X X

A g A AS L AS AN Y Y X X

ku :

- gK dhe LK paraqesin koeficientёt e transmetimit tё masёs sё shprehur nё lidhje

me pёrqёndrimet nё fazё tё gaztё ose tё lёngёt.

- g dhe L paraqesin koeficientёt e dhёnies sё masёs nё fazё tё gaztё ose tё

lёngёt.

- *

A AY Y , *

A AX X dhe A ASY Y , AS AX X paraqesin forcёn lёvizёse tё

procesit pёr secilin rast.

Nё grafikёt paraqitet shkalla e absorbimit pёr dy nivele tё prurjes sё lёngut. Duket

qartё se rritja dy herё e prurjes sё lёngut nuk sjell njё rritje nё shkallёn e kapjes sё 2CO .

Prandaj mund tё rekomandohet qё prurja e lёngut tё mbahet nё nivele tё ulta, pёr tё

minimizuar shpenzimet energjetike tё transportit tё lёngut.

Gjatё provave u vu re se procesi i absorbimit tё 2CO kryhej me lehtёsi, duke mos

shkaktuar dukuri tё dёmshme si precipitim ose bllokim tё kolonёs.

Mundёsia e shfrytёzimit tё rezultateve eksperimentale pёr projektimin e kolonave

industriale.

Nё formulat pёr llogaritjen e kolonave tё absorbimit hyjnё dy parametra mjaft tё

rёndёsishёm, koeficientёt e transmetimit tё masёs, gK ose LK , dhe sipёrfaqja specifike e

kontaktit 2 3a m m , pёr pёrcaktimin e kёtyre parametrave ekzistojnё metoda fizike dhe

kimike. Metodat e absorbimit fizik pёrdoren vetёm pёr pёrcaktimin e produktit a LK ,

kurse metodat kimike kanё njё pёrdorim shumё mё tё gjerё.

112

Pёr studimin me metoda kimike mbёshtetemi mbi modelet e procesit tё

absorbimit. Modelet kryesore janё dy: modeli i dy cipave dhe rigjenerimit tё sipёrfaqes.

Modeli i dy cipave ёshtё mё i thjeshtё nga ana matematike dhe ka gjetur pёrdorim mё tё

gjerё. Nё rastin e kёtyre reaksioneve tё dy reaktantёt reagojnё nё çast me njёri tjetrin sapo

bien nё kontakt. Nga trajtimi teorik del qё nё rastet kur kontrollon difuzioni nё fazё tё

gaztё, shpejtёsia e reaksionit jepet nga formula:

gA g Ar a C

Reaksioni i 2CO me tretёsirё NaOH dhe tretёsirё ujore NH3 ёshtё njё reaksion

shumё i shpejtё, qё mund tё konsiderohet i çastit. Nga ana tjetёr mund tё supozohet qё ky

reaksion kontrollohet nga difuzioni nё fazё tё gaztё.

Nisur nga sa mё sipёr mund tё bёhet llogaritja e koeficientёve tё dhёnies sё

masёs. Pёr njehsimin e tyre nё literaturё ekzistojnё shumё formula empirike, por

pёrdorimi i tyre ёshtё i kufizuar pёr disa kushte tё caktuara. Nё rastin tonё ne nuk do tё

llogarisim koeficientin e dhёnies sё masёs nё fazё tё gaztё g , por produktin

gaB ku a-

ёshtё sipёrfaqja specifike e mbushjes. Pёr njehsimin e produktit gaB jemi nisur nga

formula:

1ln

1g

r

QaB

V X

ku: rV ёshtё volumi i reaktorit.

Nё eksperimentet tona si volum reaktori mund ta marrim volumin e gjithё kolonёs

ose volumin e asaj pjese tё kolonёs qё ёshtё e mbushur me listela, ku absorbohet dhe

pjesa kryesore e CO2.

Në grafikёt 3.19 dhe 3.20 është paraqitur varësia e aβg (1/s) nga përqëndrimi i CO2 (%)

në hyrje për lartësi mbushjeje pёrkatёsisht 130 cm dhe 90 cm, ku prurja e lëngut është 14

l/h.

Nga grafikёt vihet re qё produkti ga zvogёlohet me rritjen e pёrqёndrimit tё CO2 nё

hyrje tё kolonёs. Ekuacioni me tё cilin mund tё pёrshkruhet kjo varёsi (H=90cm) ёshtё

ekuacioni polinomial i cili na jep edhe korelacionin mё tё lartё:

y = -0.001x3 + 0.0293x

2 - 0.2866x + 1.4084 R² = 1

Nё fig. 3.21 paraqitet varёsia e produktit gaB nga lartёsia e mbushjes pёr prurje

konstante tё lёngut 14 l/h. Nga grafiku duket qartё se g zvogёlohet me rritjen e lartёsisё

sё mbushjes. Vlera mё e lartё e saj arrihet pёr mbushjen minimale tё kolonёs. Megjithatё

kjo i pёrgjigjet shkallёs mё tё ulёt tё kapjes sё 2CO . Zvogёlimi i produktit g me rritjen e

sipёrfaqes sё mbushjes, pra me lartёsinё e saj, i dedikohet efektit tё paretit, i cili ёshtё i

ndjeshёm nё kolonat e absorbimit dhe aq mё tepёr nё kolonёn tonё qё ka njё diametёr

shumё tё vogёl. Lёngu gjatё rrugёs sё tij tenton tё zhvendoset drejt pareteve tё kolonёs,

duke u shmangur nga rrjedhja homogjene nёpёr mbushje. Kjo ndikon nё uljen e

koeficientit tё lagies, pra dhe tё produktit gaB .

113

Po kёshtu duhet patur parasysh qё njё pjesё e 2CO absorbohet dhe nё zonёn e

kolonёs pa mbushje, kurse nё llogaritje konsiderohet qё gjithё absorbimi kryhet nё zonёn

e mbushjes. Kjo çon nё njё rritje fiktive tё vlerave tё g , rritje e cila ёshtё mё e madhe

pёr vlerat e vogla tё mbushjes dhe zvogёlohet me rritjen e lartёsisё sё mbushjes.

Nё grafikun 3.22 tregohet varёsia e aβg (1/s) nga prurja e gazit Q

g pёr prurje tё

lёngut Ql=8l/h pёr lartёsi mbushje 45cm. Figura tregon qё rritja e prurjes sё gazit çon nё

rritjen e produktit gaB . Le tё shohim ndikimin e prurjes sё lёngut nё koeficientin e lagies

dhe koeficientin e dhёnies sё masёs. Studimet kanё treguar qё edhe nё kolonat me prurje

tё madhe lёngu, ka zona mbushje tё cilat mbeten pa u lagur. Por edhe nё zonat e lagura,

ka zona lёngu tё cilat janё pothuajse tё palёvizshme, pra janё joefektive pёr mbartjen e

masёs. Nё kёtё mёnyrё rritja e prurjes sё lёngut ndikon nё gaB .

Grafiku 3.23 tregon varёsinё e shkallёs sё shndёrrimit nga raporti Gl/Gg pёr

prurje tё lёngut 8l/h pёr lartёsi mbushje 90cm dhe 45cm. Me rritjen e raportit l gG G

shkalla e shndёrrimit sikurse duket edhe nga grafiku rritet. Gjithashtu nga grafiku vihet re

se shkalla e shndёrrimit mё e lartё i korespondon lartёsisё sё mbushjes mё tё madhe. Kjo

shpjegohet me faktin e rritjes sё sipёrfaqes sё kontaktit tё dy fazave dhe tё njё kёmbimi

mase mё efektiv me rritjen e lartёsisё sё mbushjes

Nё grafikёt 3.24-3.27 paraqitet varёsia e gaB nga shkalla e shndёrrimit pёr

lartёsi mbushje tё ndryshme dhe pёr lartёsinё 45cm pёr dy prurje lёngu . Nga tё gjithё

grafikёt vihet re zvogёlimi i gaB me rritjen e shkallёs sё shndёrrimit.

3.5 PËRFUNDIME DHE REKOMANDIME

A- Absorbimi me NaOH

1. Gjatë eksperimentimit në kolonën bosh nuk u vu re asnjë dukuri negative si: formim

precipitati, bllokim i kolonës, rritje të temperaturës së tretësirës etj.

2. U përcaktuan karakteristikat e unazave Rashing ( 0 0,825 , ed 4.8mm ,

0.248 dhe 2

3

ma 882

m ).

3. Nuk mund të kryenim matje për lartësi të mëdha mbushje, sepse pika e përmbytjes

arrihej për prurje shumë të vogla të lëngut dhe gazit, pra rezultoi rezistencë e lartë

hidrodinamike për shkak të pranisë së unazave.

4. Shkalla e shndërrimit më e lartë në kolonën me mbushje rezulton për shkak të rritjes së

sipërfaqes së kontaktit midis fazës së lëngët dhe të gaztë, pra kapja më efikase e dioksidit

të karbonit ndodhi në kolonën me mbushje.

114

5. Shkalla e shndërrimit më e lartë për raport Gl/Gg më të lartë (për prurje më të vogla

gazi, meqë prurja në masë e lëngut mbahet e pandryshuar) shpjegohet me rritjen e kohës

së kontaktit midis absorbentit dhe komponentit që absorbohet.

6. U përcaktua koeficienti i dhënies së masës për kapjen e dioksidit të karbonit të

realizuar në kolonën bosh dhe në kolonën me mbushje dhe rezultatet më të larta në

kolonën me mbushje shpjegohen me teorinë e dy cipave në sipërfaqen e unazave.

7. Në studimet e mëtejshme rekomandohet të punohet me mbushje të llojeve të tjera të

tipit: listela druri ose PVC, unaza Hiflow, unaza flokë bore, unaza Pall etj. që paraqesin

rezistencë të ulët hidrodinamike.

B-Absorbimi me tretёsirё ujore tё NH3

Dioksidi i karbonit është gazi kryesor i efektit serrë, i cili është përgjegjës kryesor për

rritjen e temperaturës globale të atmosferёs. Për këtë arsye është i nevojshëm studimi i

hollësishëm i tij, nisur nga burimet e emetimit, kapja dhe akumulimi i tij me metoda të

ndryshme. Në eksperimentin e kryer për kapjen e dioksidit të karbonit me tretësirë

amoniaku arritëm në përfundimet e mëposhtme:

Metoda e kapjes së dioksidit të karbonit me amoniak nga gazet e emetuara është

një metodë relativisht e thjeshtë në krahasim me metodat e tjera dhe mund të

përdoret me sukses në kushtet tona.

U vu re se eksperimenti i kryer në kolonën ku si mbushës u përdorën listelat ishte

më efikas për shkak të rezistencës hidrodinamike më të vogël krahasuar me

unazat Rashing.

Në kolonën e mbushur me unaza Rashing kontakti midis fazave ndodh në

sipërfaqen e mbushjes kurse në kolonën e mbushur me listela, një ndikim të

konsiderueshёm kishte dhe sipërfaqja anësore e kolonës. Kjo ishte më e theksuara

për sipërfaqe të vogla mbushjeje.

Në eksperimentin e kryer për kapjen e gazit të dioksidit të karbonit në kolonën me

tretësirë ujore 5% të amoniakut, ku si parametër ndryshues u shqyrtua ndryshimi i

lartësisë së kolonës u vu re që me rritjen e lartësisë së mbushjes, rënia e presionit

rritet dhe absorbimi është më efikas.

Në rastin kur u eksperimentua se si ndryshon koeficienti i dhënies së masës në

varësi të përqëndrimit të dioksidit të karbonit në hyrje u vu re që sa më i lartë

përqëndrimi i dioksidit të karbonit aq më mirë ndodh kontakti midis fazave,

kështu kemi një absorbim më të mirë.

Varësia e koeficientit të dhënies së masës nga prurja e gazit ka varësi

eksponenciale. Kjo do të thotë që me rritjen e prurjes së gazit rritet edhe

koeficienti i dhënies së masës. Ky koeficient është më i lartë për prurje lëngu më

të madhe.

Provat e kryera lejojnë që të bëhet shkallëzimi i kolonës së absorbimit deri në

përmasa industriale.

Shkalla e shndërrimit më e lartë në kolonën me mbushje rezulton për shkak të

rritjes së sipërfaqes së kontaktit midis fazës së lëngët dhe të gaztë, pra kapja më

efikase e dioksidit të karbonit ndodhi në kolonën me mbushje.

115

Shkalla e shndërrimit më e lartë për raport Gl/Gg më të lartë (për prurje më të

vogla gazi, meqë prurja në masë e lëngut mbahet e pandryshuar) shpjegohet me

rritjen e kohës së kontaktit midis absorbentit dhe komponentit që absorbohet.

C - Projektimi i kolonёs

Projektimi u krye pёr tё realizuar absorbimin e dioksidit tё karbonit nga pёrzierja

e tij me ajrin. Prurja e gazit nё 200C ёshtё 2000m

3/orё kurse pёrqёndrimi i CO2 ёshtё 8% .

Absorbimi do tё bёhet nё 20oC nё presion atmosferik. Gazi nё dalje nga kolona nuk duhet

tё pёrmbajё mё shumё se 0.5% (nё vёllim) CO2.

Barazimi i vijёs sё punёs:

2 126.2 0.00502L

Y X Y XG

Forca lёvizёse rezultoi:

20.00847 / mY kmolCO kmol ajer

4

2 20.757 10mX kmol CO kmol H O

U zgjodh kolona me mbushje me unaza Rashing prej porcelani me pёrmasa 50 x 50 x 5

mm me kёto karakteristika:

1 490 ; 0.785 ; 0.035em d m

Shpejtёsia e rrjedhjes sё gazit

0.8 0.51 0.41v m s

Diametri i kolonёs:

1.31D m

Koeficientёt e dhёnies tё masёs

4

2

1.63 10y

kmol

kmolm s

kmol

43.13 10x m s ose 2

3

kmol

kmolm s

m

Lartёsitё e mbushjeve tё gjetura me tё dy metodat rezultojnё:

20.98H m 19.8H m

Largёsia e dushit nga sipёrfaqja e mbushjeve: 0.648 0.65Z m

Lartёsia e pjesёs fundore do tё jetё:

116

4fH m

Mbushjen e ndajmё nё 6 seksione, nga tё cilat 5 seksione janё nga 3m, kurse seksioni i

fundit ёshtё 4.8m. Ndёrmjet mbushjeve krijohen 5 hapёsira me largёsi 0.5m secila pra

5 0.5 2.5m

Ndёrmjet hapёsirave vendosim unaza pёr kthimin e lёngut nga anёt nё qendёr. Lartёsia e

pёrgjithshme e kolonёs del:

19.8 2.5 2 4 0.65 28.95m

117

BIBLIOGRAFIA

1. Derks P.W.J.,Versteeg G.F.(2009) Kinetics of absorption of carbon dioxide in

aqueous ammonia Solutions. ScienceDirect, pp. 1140-1142

2. Green D., Perry R. (2008) Perry’s Chemical Engineers’ Handbook Eighth

Edition, pp. 1603-1622

3. Levinspiel, O. 1972. Chemical reaction engineering, 2nd

ed. John Wiley and

Sons, Inc., New York, NY, USA, pp. 210-213,320-326.

4. Luyben, W.L. 1989. Process modeling, simulation, and control for chemical

engineers, 2nd

ed. McGraw-Hill Education,Columbus, OH, USA, pp. 22-24.

5. McCabe W.L., Smith J.C, Harriott P. (1993) Unit operations of chemical

engineering. pp. 686-730.

6. Rao. A. B. and Rubin E.S. (2002). Environ. Sci. Technol. 36, 20, pp. 4467-4475

7. Rodriguez N., Alonso M., Abanades L.C., Grasa G., Murillo R. (2009) Analysis

of a process to capture the CO2 resulting from the pre-calcinations of the

limestone feed to a cement plant. ScienceDirect, pp. 141-148.

8. Freeman S.A., Dugas R., Wagener D.V., Nguyen Th., Rochele G.T. (2009)

Carbon dioxide capture with concentrated, aqueous piperazine. ScienceDirect

1489-1496.

9. Jackson P., Robinson K., Puxty G., Attalla M. (2009) In situ Fourier transform-

infrared (FT-IR) analysis of carbon dioxide absorption and desorption in amine

solutions. ScienceDirect 985-994.

10. Bridgwater A. V. (Editor) (2000). Progress in Thermochemical Biomass

Conversion. Conference : Progress in Thermochemical Biomass Conversion,

Tyrol, Austria, Blackwell Sciences Ltd., Oxford. [Modern understanding of

pyrolysis and gasification]

11. Emrich W. (1985). Handbook of Charcoal Making: the traditional and industrial

methods. Dordrecht, D. Reidel Publishing Co.

118

12. FAO, Ed. (1983). Simple Technologies for Charcoal Making. FAO Forestry

Paper. Rome, Food and Agriculture Organization of the United Nations.

13. FAO, Ed. (1985). Industrial Charcoal Making. FAO Forestry Paper. Rome, Food

and Agriculture Organization of the United Nations.

14. 1A. B. Rao. and E.S. Rubin 2002. Environ. Sci. Technol. 36, 20: 4467-4475

15. K. A. Hoff, T. Mejdell, O. Juliussen, E. Børresen, K. G. Lauritsen, H.

Proceedings of the GHGT-8: 8th International Conference on Greenhouse Gas

Control Technologies, Trondheim,Norway, Jun. 2006. Elsevier Ltd., Oxford, UK,

paper 01_06_08. PDF, 6p.

16. S. Shimizu, M. Onoda, K. Goto, K. Yamada, & T. Mimura, 2006. Proceedings of

the GHGT-8: 8th International Conference on Greenhouse Gas Control

Technologies, Trondheim, Norway, Jun. 2006. Elsevier Ltd., Oxford, UK,paper

01_06_03. PDF, 6p

17. E. Gal (2006). Ultra cleaning of combustion gas including the removal of CO2.

Patent Nr WO 2006/022885

18. S. Pexton and E.H.M. Badger (1938). Vapour pressures of ammonia and carbon

dioxide in equilibrium with aqueous solutions. J. Chem. Ind. 57:106-113

19. G.R. Pazuki, H. Pahlevanzadeh and A. Mohseni Ahooei (2006). Solubility of

CO2 in aqueous ammonia solution at low temperature. Computer Coupling of

Phase Diagrams and Thermochemistry 30:27-32

20. C. Faurholt (1925). Études sur les solutions aqueuses de carbamates et de

carbonates. J. Chim. Phys. 22:1-44

21. B.R.W. Pinsent, L. Pearson and F.J.W. Roughton (1956). The kinetics of

combination of carbon dioxide with ammonia. Trans. Far. Soc. 52:1594-1598

P.W.J. Derks, G.F. Versteeg / Energy Procedia 1 (2009) 1139–1146 1145 Author

name / Energy Procedia 00 (2008) 000–000

22. H. Bai and A.C. Yeh (1997). Removal of CO2 greenhouse gas by ammonia

scrubbing. Ind. Eng. Chem. Res. 36:2490-2493

23. Chilled-ammonia post combustion CO2 capture system – Laboratory and

economic evaluation results. EPRI, Palo Alto, CA (USA): 2006 1012797

119

24. M. Caplow. Kinetics of carbamate formation and breakdown. J. Am. Chem. Soc.,

90:6795–6803, 1968

25. P.V. Danckwerts. The reacion of CO2 with ethanolamines. Chem. Eng. Sci.,

34:443–446, 1979

26. P.M.M. Blauwhoff, G.F. Versteeg, and W.P.M. Van Swaaij. A study on the

reaction between CO2 and alkanolamines in aqueous solutions. Chem. Eng. Sci.,

39:207–255, 1984

27. P.W.J. Derks, T. Kleingeld, C. van Aken, J.A. Hogendoorn and G.F. Versteeg

(2006). Kinetics of absorption of carbon dioxide in aqueous piperazine solutions,

Chemical Engineering Science, vol. 61(20), pp. 6837-6854

28. G.F. Versteeg and W.P.M. Van Swaaij. Solubility and diffusivity of acid gases

(CO2 and N2O in aqueous alkanolamine solutions. J. Chem. Eng. Data, 33:29–34,

1988

29. M.J.W. Frank, J.A.M. Kuipers and W.P.M. van Swaaij (1996). Diffusion

Coefficients and Viscosities of CO2 + H2O, CO2 + CH3OH, NH3 + H2O, and NH3

+ CH3OH Liquid Mixtures. J. Chem. Eng. Data41:297-302

30. P.W.J. Derks, J.A. Hogendoorn and G.F. Versteeg (2005). Solubility of N2O in,

and density, viscosity, and surface tension of aqueous piperazine solutions,

Journal of Chemical and Engineering Data, vol. 50(6), pp. 1947-1950

31. A.L. Kohl, R.B. Nielsen, Gas purification. 5th ed. Gulf publishing company,

Houston, TX, 1997.

32. C. Mathonat, Ph.D. Thesis, Univ. Blaise Pascal, Paris, 1995

33. F.Y. Jou, F.D. Otto, A.E. Mather, Ind. Eng. Chem. Res. 33 (1994) 2002.

I. Kim, K.A. Hoff, E.T. Hessen, T. Haug-Warberg, H.F. Svendsen, Chem. Eng.

Science (2008) Submitted.

34. D.M. Austgen, G.T. Rochelle, X. Peng, C.C. Chen, Ind. Eng. Chem. Res. 28

(1989) 1060.

35. R.H. Weiland, T. Chakravarty, A.E. Mather, Ind. Eng. Chem. Res. 32 (1993)

1419.

36. K.G. Denbigh, The principles of chemical equlibrium. 4th ed. Cambridge Univ.

Press, 1984.

37. T.J. Edwards, G. Maurer, J. Newman, J.M. Prausnitz, AIChE Journal 24 (1978)

966.

120

38. J.L. Oscarson, G. Wu, R.M. Izatt, J.J. Christensen, Thermochimica Acta 154

(1989) 119.

39. C.C. Chen, H.I. Britt, J.F. Boston, L.B. Evans, AIChE Journal 25 (1979) 820.

40. Bishnoi, S. Carbon Dioxide Absorption and Solution Equilibrium in Piperazine

Activated Methyldiethanolamine. The University of Texas at Austin, Austin, TX,

2000.

41. Hilliard, M. D. A Predictive Thermodynamic Model for an Aqueous Blend of

Potassium Carbonate, Piperazine, and Monoethanolamine for Carbon Dioxide

Capture from Flue Gas. The University of Texas at Austin, Austin, TX, 2008.

42. Cullinane, J. T. and Rochelle, G. T. Fluid Phase Equilibria. 227(2) (2005) 197-

213.

121

ARTIKUJ SHKENCORЁ

1. Manaj H., Malja A., Malollari I., Beqiraj I., Drushku S., Burimet kryesore tё

impaktit mjedisor nga pёrpunimi i naftёs nё K.P.TH.N Ballsh, Buletini i

Shkencave Natyrore, Nr 9, 2010

2. H.Manaj, A. Malja, I. Malollari, Monitoring of pathologies in oil deep

refining plant in Albania, Journal of Environmental Protection and Ecology,

Vol 12, No 4,1707-1714, 2011

3. Manaj H., Malollari I., Dhroso A., Arapi E., Beqiraj I., Studimi i kapjes sё

dioksidit tё karbonit me absorbim, Buletini i Shkencave Natyrore, Nr 12, 2011

4. H. Manaj, I. Malollari, A. Dhroso, Modeling of CO2 capture process with

aqueous ammonia solutions, Journal of international environmental

application and science, Turqi, Vol. 8(3), 474-479 (2013)

122

PJESЁMARRJE NЁ KONFERENCA

1. H. Manaj, I. Malollari, A. Dhroso, S. Drushku, I. Beqiraj, Absorbimi i CO2 në

ajër me tretësirë ujore të hidroksidit të Natriumit, Alb-Shkenca, Konferenca e

seksionit tё Shkencave tё mjedisit,Tiranё 2-5 Shtator 2010 2. Anisa Dhroso, Ilirjan Malollari, Hasime Manaj, Dhurata Koraj, Identifikimi,

vlerёsimi dhe karakterizimi analitik i mbetjeve organike agro-pyjore pёr pёrftimin

e kompostos, Konferenca Shkencore ‘Fakulteti i Shkencave tё Natyrёs nё 100

vjetorin e Pavarёsisё’,22-23 nёntor 2012

3. Malollari I., Bacu A., Drushku S., Xhagolli L., Manaj H., Dhroso A., Koraj Dh.,

Uku S., Floqi T., Bekteshi A., Kotori P., Organizational set up for an effective

organic waste management system for energy profit, Bena 2012 Istanbul

Conference, Stamboll 21-24 korrik 2012

4. F. Gjyriqi, I. Malollari, L. Xhagolli, P. Kotorri, A. Bekteshi, Dh. Koraj, H.

Manaj, A. Dhroso, Biomass to energy and environment or sustainable

development of Albania, V International Symposium of Ecologists of the

Republic of Montenegro, Mal i Zi 2013

5. F. Gjyriqi, I. Malollari, L. Xhagolli, H. Manaj, A. Dhroso, Dh. Koraj, B. Baruti,

P. Kotorri, A. Bekteshi, T. Bala, New trends for biomass to energy and

environment for sustainable develpomnet of Albania, 2nd

International Conference

Research and Education in Natural Sciences, November 15-16, 2013, Shkodёr –

Albania, Proceeding, Volume 1

doktoratura hasime manaj, fakulteti i shkencave i natyrore

Documents