مدل‌سازی و شبیه‌سازی ستون بستر ثابت جذب واکنش‌دار کربن دی‌اکسید توسط پلی‌اسپارتامید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش جذب شیمیایی کربن دی‌اکسید‌ در ستون بستر ثابت مدل‌ سازی و شبیه‌سازی شده است. در بستر ثابت از جاذب­ های گرانول پلی‌اسپارتامید استفاده شده است. در مدل ‌سازی جاذب، گرانول‌ها به‌صورت کروی فرض شده و با نوشتن موازنه‌ی جرم حول یک المان شعاعی، معادله‌ی دیفرانسیل جزئی حاکم به دست آمده که تغیرهای شدت جذب را در راستای شعاع و برحسب زمان نشان می‌دهد. هم ‌زمان در طول ارتفاع بستر ثابت موازنه جرم بر روی المان‌های فاز گاز نوشته‌شده است. معادله­ های دیفرانسیل پاره‌ای جاذب و فاز گاز به ‌طور ه م‌زمان با استفاده از ترکیب روش خط­ها و تفاضل مرکزی به‌طور هم ‌زمان حل شده‌اند. به‌منظور ارزیابی نتیجه ­های مدل ‌سازی، با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی و مدل ‌سازی عددی کلوین اوداف یورو مدل ارایه شده صحت‌سنجی شده است. با توجه به مقدار کم درصد خطای R2 و RMSE در منحنی شکست کربن دی‌اکسید روی پلی‌اسپارتامید و در شدت جذب تعادلی تجربی و مدل ‌سازی شده کربن دی‌اکسید روی پلی‌اسپارتامید بر حسب زمان، صحت‌سنجی به خوبی صورت گرفته و سرانجام مطالعه ­های پارامتری در جذب شیمیایی کربن دی‌اکسید در ستون بسترثابت انجام گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Chu, F., Jon, C., Yang, L., Du, X., Yang, Y., CO2 Absorption Characteristics in Ammonia Solution Inside the Structured Packed Column. Ind. Eng. Chem. Res., 55(12): 3696-3709 (2016)
[2] Barbalace, R., CO2 Pollution and Global Warming, Environmental Chemistry.com. Nov. 7, (2006)
[3] Team, E. W., ESRL Web. "ESRL Global Monitoring Division-Global Greenhouse Gas Reference Network". (2005)
[4] Hwang, K.S., Jun, J.H., Lee, W.K., Fixed-bed Adsorption for Bulk Component System. Non-Equilibrium, Non-Isothermal and Non-Adiabatic Model, Chem. Eng. Sci. 50(5): 813-825 (1995)
[5] Gani, R., Pistikopoulos, E.N., Property Modelling and Simulation for Product and Process Design. Fluid Phase Equilib., 194: 43-59 (2002)
[6] Shafeeyan, M.S., Daud, W.M.A.W., Shamiri, A.,  A Review of Mathematical Modeling of Fixed-Bed Columns for Carbon Dioxide Adsorption. Chem. Eng. Res. Design, 92(5): 961-988 (2014)
[7] Chu, K.H., Fixed Bed Sorption: Setting the Record Straight on the Bohart–Adams and Thomas Models. J. Hazard. Mater., 177(1-3): 1006-1012 (2010)
[8] Nikolaidis, G.N., Kikkinides, E.S., Georgiadis, M.C., Model-Based Approach for the Evaluation of Materials and Processes for Post-Combustion Carbon Dioxide Capture from Flue Gas by PSA/VSA Processes. Ind. Eng. Chem. Res., 55(3): 635-646 (2016)
[9] Liang, Z., Sanpasertparnich, T., Sema, T., Jiang, Z., Gelowitz, D., Idem, R., "Tontiwachwuthikul, P., Design, Modeling and Simulation of Post-Combustion CO2 Capture Systems with Reactive Solvents". Future Medicine (2013)
[10] Bohart, G., Adams, E., Some Aspects of the Behavior of Charcoal with Respect to Chlorine. J. American Chemi. Soc., 42(3): 523-544 (1920)
[11] Sun, W., Shen, Y., Zhang, D., Yang, H., Ma, H., A Systematic Simulation and Proposed Optimization of the Pressure Swing Adsorption Process for N2/CH4 Separation Under External Disturbances. Ind. Eng. Chem. Res., 54(30): 7489-7501 (2015)
[12] Huang, P.-H., Cheng, H.-H., Lin, S.-H.,  Adsorption of Carbon Dioxide onto Activated Carbon Prepared from Coconut Shells. J. Chemistry, 2015:1-10 (2015).
[14] Thomas, H.C., Heterogeneous ion Exchange in a Flowing System, J. American Chem. Soc., 66(10): 1664-1666 (1944)
[15] Gilassi, S., Rahmanian, N. , Mathematical Modelling and Numerical Simulation of CO2/CH4 Separation in a Polymeric Membrane. Appl. Math. Modelling, 39(21): 6599-6611 (2015)
[16] Yoro, K.O., "Numerical Simulation of CO2 Adsorption Behaviour of Polyaspartamide Adsorbent for Post-Combustion CO2 Capture". Master of Science Thesis, University of the Witwatersrand, Johannesburg, (2017).
[17] Langmuir, I., The Constitution and Fundamental Properties of Solids and Liquids. Part I. Solids. J. Am. Chem. Soc., 38(11): 2221-2295 (1916)
[18] Rezaei, F., Subramanian S., Kalyanaraman, J., Lively R. P., Kawajiri, Y., Realff, M. J.,  Modeling of Rapid Temperature Swing Adsorption using Hollow Fiber Sorbents. Chem. Eng. Sci., 113: 62-76 (2014)
[19] Fan, Y., Lively, R. P., Labreche, Y., Rezaei, F., Koros W. J., Jones C. W., Evaluation of CO2 Adsorption Dynamics of Polymer/Silica Supported Poly (Ethylenimine) Hollow Fiber Sorbents in Rapid Temperature Swing Adsorption. Int. J. Greenhouse Gas Control, 21: 61-71 (2014)
[20] Boulinguiez, B., Le Cloirec, P., Wolbert, D., Revisiting the Determination of Langmuir Parameters Application to Tetrahydrothiophene Adsorption onto Activated Carbon. Langmuir, 24(13): 6420-6424 (2008)
[21] Ng, J., Cheung, W., McKay, G.,  Equilibrium Studies of the Sorption of Cu (II) Ions onto Chitosan. J. Colloid Interface Sci., 255(1): 64-74 (2002)