مدل‌سازي و شبيه‌سازي ستون بسترثابت جذب واكنش‌دار كربن‌دي‌اكسيد

كارشاسي ارشد

در اين تحقيق به مدل‌سازي و شبيه‌سازي جذب فيزيكي و شيميايي CO2 در ستون بسترثابت پرداخته شده است. در ابتدا جاذب‌ها در يك سيستم بسته مدل‌سازي شده است. در مدل‌سازي جاذب، گرانول‌ها به صورت كروي فرض شده و با نوشتن موازنه‌ي جرم حول يك المان شعاعي، معادله‌ي ديفرانسيل جزئي حاكم به دست مي‌آيد. با اعمال شرايط مرزي و شرط اوليه‌‌‌ي حاكم، با توجه به فيزيك هر مسئله مي‌توان اين معادله را حل كرد، ولي به دليل پيچيدگي حل تحليلي آن، براي شبيه‌سازي از زيربرنامه‌ي pdepe نرم‌افزار متلب استفاده شده است. براي مدل‌سازي بسترثابت نيز ستون را در راستاي ارتفاع المان‌بندي كرده و با نوشتن موازنه‌ي جرم حول آن معادله‌ي ديفرانسيل جزئي حاكم به دست مي‌آيد. براي حل از روش خطوط در نرم‌افزار متلب استفاده شد. براي به دست آوردن شدت جذب در ستون بسترثابت نيز در شرط مرزي سطح جاذب، غلظت تعادلي را كه توسط مدل به دست آمده، قرار داده و به اين صورت شدت جذب در راستاي شعاع و بر حسب زمان به دست مي‌آيد. براي صحت‌سنجي جذب فيزيكي و شيميايي درسيستم بسته به ترتيب از داده‌هاي تجربي موجود براي جذب تعادلي CO2 توسط زئوليت 13X و سديم‌هيدروكسيد استفاده شد. براي صحت‌سنجي جذب فيزيكي و شيميايي در بسترثابت نيز به ترتيب از داده‌هاي تجربي موجود براي جذب CO2 توسط آلوميناي اصلاح شده و پلي‌اسپارتاميد استفاده شد. شدت جذب فيزيكي و شيميايي در سيستم بسته و بسترثابت در طول شعاع جاذب و بر حسب زمان و هم‌زمان غلظت آن در طول بستر و بر حسب زمان به دست آمد. مقدار در مقدار CO2 جذب شده روي جاذب زئوليت 13X بر حسب فشار، در منحني شكست CO2 روي پلي‌اسپارتاميد و در شدت جذب تعادلي تجربي و مدل‌سازي شده CO2 روي پلي‌اسپارتاميد بر حسب زمان ، 99/0 و RMSE براي آن‌ها تقريبا 10% است. نتايج بررسي اثر پارامترهاي مختلف مانند تاثير نرخ جريان خوراك، غلظت خوراك و ارتفاع بستر در جذب فيزيكي و شيميايي به اين صورت است كه با افزايش نرخ جريان خوراك، شيب منحني رخنه بيشتر مي‌شود و در نتيجه ميزان جذب كاهش يافته، با افزايش غلظت خوراك، منحني رخنه‌ي CO2 شيب بيشتري مي‌يابد. با افزايش ارتفاع بستر، شيب منحني رخنه كاهش مي‌يابد.

191935

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي مدل سازي، شبيه سازي و كنترل

دكتر احد قائمي