High pressure diffusion coefficients of carbon dıoxide in the ionic liquid [bmim][bf4

Abstract

Bu çalışmanın amacı, yüksek basınçta karbondioksit gazı ile genleştirilmiş iyonik sıvı sistemlerinin yayınım katsayılarını belirlenmesidir. Iyonik sıvı içeren sisteme yüksek basınçta karbondioksit eklenmesi tek yönlü bir kütle aktarımı başlatır. Karbondioksit iyonik sıvı içerisinde çözünürken, iyonik sıvı karbondioksitin içine ölçülebilir miktarlarda taşınmaz. Karbondioksitin iyonik sıvı içerisindeki zamana bağlı çözünürlüğünü belirlemek için, sıcaklık ve basıncın sürekli izlendiği, dikey pencereli bir yüksek basınç hücresini, sabit basınçta karbondioksit yüklemesi yapabilen bir yüksek basınç şırınga pompasını ve sıvı seviyesindeki değişimi ölçmek için kullanılan bir katetometreyi içeren bir deney düzeneği kurulmuştur. Sistem, hareketli bir ara-yüzey tarafından ayrılmış sıvı ve gaz fazları arasındaki difüzyon sürecini kapsayan bir Stefan problemi olarak modellenmiştir. Kütle aktarım sürecinde fazlar arasındaki ara-yüzeyin konumunda oluşan değişim için `Akışkan Hacmi` yöntemi kullanılmış ve yine süreç sırasında sıvının yoğunluğunda gerçekleşen değişim modele eklenmiştir. [bmim][BF4] iyonik sıvısı içerisinde karbondioksitin çözünmesiyle birlikte difüzyon katsayılarında oluşan artış farklı sıcaklık (313,15 K ve 323,15 K) ve basınçlarda (50-100 bar) belirlenmiştir.

The objective of this work is to determine the diffusion coefficients of the carbon dioxide-expanded ionic liquid systems at high pressure. The addition of high pressure carbon dioxide to a system containing an ionic liquid initiates one-way mass transfer: Carbon dioxide dissolves into the ionic liquid whereas the ionic liquid does not diffuse into carbon dioxide in measurable quantities. An experimental setup consisting of a high pressure view-cell where pressure and temperature are continuously monitored, a high pressure syringe pump for carbon dioxide loading at constant pressure, and a cathetometer to measure the changes in the liquid level has been built to determine the time dependent solubility values of carbon dioxide in the ionic liquid. The system is modeled as a Stefan problem which includes mass transfer between liquid and gas phases separated with a moving interface. Volume-of-fluid method is used to model the change in the position of the interface during the mass transfer process. The change in the density of the liquid during the process is also taken into account in the transport model. The increases in the diffusivities with the dissolution of carbon dioxide in the ionic liquid [bmim][BF4], are determined at different temperatures (313.15 K, 323.15 K) and pressures (50-100 bar).