بررسی و مقایسه دیدگاه های سینتیک کامل، تقریب نیرو محرکه خطی و تعادلی در شبیه سازی سیستم های جذب سطحی گاز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمیی، دانشکده مهندسی نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

چکیده

در این مطالعه، دیدگاه ­­های سینتیک کامل، تقریب نیرو محرکه خطی و تعادلی در شبیه­ سازی عددی سیستم­ های جذب سطحی گاز با روش عددی تفاضلات مربعی افزایشی، مورد بررسی قرار گرفت. به ­طوری­که در دیدگاه سینتیک کامل، کلیه مکانیسم ها شامل نفوذ نادسن، جریان لزج، جریان لغزشی، نفوذ مولکولی و نفوذ سطحی لحاظ می­ شوند. در تقریب نیرو محرکه خطی، انتقال جرم با یک ضریب انتقال جرم کلی به جای کلیه مقاومت های انتقال جرم بیان می­شود و در نتیجه حجم محاسبات کاهش می­ یابد. با این حال، تقریب نیرو محرکه خطی به شعاع متوسط دانه های جاذب بستگی زیادی دارد و افزایش شعاع دانه ها موجب انحراف بیشتر از دیدگاه سینتیکی کامل می گردد. در دیدگاه تعادلی، سنتیک جذب در نظر گرفته نمی شود و تغییرات غلظت در سیستم براساس هم دمای جذب تعادلی تعیین می گردد. نتایج نشان می­دهد با افزایش شعاع دانه های جاذب، دیدگاه­ سینتیکی کامل برای توصیف رفتار جذب، دیدگاه مناسب تری خواهد بود. هم­چنین مشاهده گردید که ضریب انتقال جرم کلی در فرآیند جذب بسته به شرایط دما و فشار تغییر می­ کند، به طوری­که افزایش درجه حرارت سبب افزایش آن می­ شود و این وابستگی در فشارهای پایین دارای حساسیت بیشتری است. به علاوه، با افزایش فشار، ضریب انتقال جرم کلی از یک مقدار کمینه عبور کرده و سپس افزایش می ­یابد.

کلیدواژه‌ها


[1] Vizhemehr A.K., Haghighat F., Modeling of Gas-Phase Filter Model for High-and Low-Challenge Gas Concentrations, Building and Environment, 80: 192-203 (2014).
[2] Siahpoosh M., Fatemi S., Vatani A., Mathematical Modeling of Single and Multi-Component Adsorption Fixed Beds to Rigorously Predict the Mass Transfer Zone and Breakthrough Curves, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 28(3): 25-44 (2009).
[3] Casas N., Schell J., Pini R., Mazzotti M., Fixed Bed Adsorption of Co2/H2 Mixtures on Activated Carbon: Experiments and Modeling, Adsorption, 18(2): 143-161 (2012).
[4] Marx D., Joss L., Casas N., Schell J., Mazzotti M., Prediction of Non-Isothermal Ternary Gas-Phase Breakthrough Experiments Based on Binary Data, Adsorption, 20(2-3): 493-510 (2014).
[5] Ma L., Ning P., Zhang Y., Wang X., Experimental and Modeling of Fixed-Bed Reactor for Yellow Phosphorous Tail Gas Purification over Impregnated Activated Carbon, Chemical Engineering Journal, 137(3): 471-479 (2008).
[6]  Rahideh H., Mofarahi M., Malekzadeh P., An Inverse Method to Estimate Adsorption Kinetics of Light Hydrocarbons on Activated Carbon, Computers & Chemical Engineering, 93: 197-211 (2016).
[7] Do D.D., Do H.D., Prasetyo I., Constant Molar Flow Semi-Batch Adsorber as a Tool to Study Adsorption Kinetics of Pure Gases and Vapours, Chemical engineering science, 55(9): 1717-1727 (2000).
[8] Rahideh H., Mofarahi M., Malekzadeh P., Golbahar Haghighi M.R., Application of Inverse Method to Estimation of Gas Adsorption Isotherms, Transport in Porous Media, 110(3): 613-626 (2015).
[9] Ruthven D.M., "Principles of Adsorption and Adsorption Processes", John Wiley & Sons, (1984).
[10] Do D.D., "Adsorption Analysis", World Scientific, (1998).
[11] Mulder J., "Basic Principles of Membrane Technology Second Edition", Kluwer Academic Pub, (1996).
[13] Hashemifard S.A., Ismail A.F., Matsuura T., To What Extent the Conventional Gas Permeation Testing Method Is Reliable for Membrane Systems?, Separation and Purification Technology, 114: 90-98 (2013).
[14] Kast W., Hohenthanner C.R., Mass Transfer within the Gas-Phase of Porous Media, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43(5): 807-823 (2000).
[15] Wakao N., Otani S., Smith J., Significance of Pressure Gradients in Porous Materials: Part I. Diffusion and Flow in Fine Capillaries, AIChE Journal, 11(3): 435-439 (1965).
[16] Hashemifard S.A., Ismail A.F., Matsuura T., Hilal N., Predicting the Structural Parameters of Integrally Skinned Porous Membranes, Journal of Membrane Science, 454: 451-462 (2014).
[17] Malekzadeh P., Rahideh H., IDQ Two-Dimensional Nonlinear Transient Heat Transfer Analysis of Variable Section Annular Fins, Energy conversion and management, 48(1): 269-276 (2007).
[18] Golbahar Haghighi M.R., Eghtesad M., Malekzadeh P., Necsulescu D., Two-Dimensional Inverse Heat Transfer Analysis of Functionally Graded Materials in Estimating Time-Dependent Surface Heat Flux, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 54(7): 744-762 (2008).
[19] Malekzadeh P., Vosoughi A., DQM Large Amplitude Vibration of Composite Beams on Nonlinear Elastic Foundations with Restrained Edges, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 14(3): 906-915 (2009).
[20] Malekzadeh P., Rahideh H., Karami G., Optimization of Convective–Radiative Fins by Using Differential Quadrature Element Method, Energy conver. manag., 47(11): 1505-1514 (2006).
[21] Rahideh H., Malekzadeh P., Golbahar Haghighi M.R., Non-Fourier Heat Conduction Analysis with Temperature-Dependent Thermal Conductivity, ISRN Mechanical Engineering, 2011: 321605 (2011).
[22] Bert C.W., Malik M., Differential Quadrature Method in Computational Mechanics: A Review, Applied Mechanics Reviews, 49(1): 1-28 (1996).
[23] Shu C., Richards B.E., Application of Generalized Differential Quadrature to Solve Two‐Dimensional Incompressible Navier‐Stokes Equations, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 15(7): 791-798 (1992).
[24] Liaw C.H., Wang J.S.P., Greenkorn R.A., Chao K.C., Kinetics of Fixed‐Bed Adsorption: A New Solution, AIChE Journal, 25(2): 376-381 (1979).