مدل سازي جذب سطحي بخار آب روي زئوليت 3A

Mathematical Modeling of Water Vapor Adsorption on Zeolite 3A

در اين مقاله يك مدل رياضي براي شبيه سازي نم زدايي از گاز طبيعي بوسيله فرايند جذب سطحي روي زئوليت 3A ارائه شده است. تغييرات سرعت گاز در امتداد طولي بستر در نظر گرفته شده است و افت فشار بستر توسط معادله ارگان محاسبه شده است. با توجه به ساختار زئوليت، از مقاومت انتقال جرم خارجي صرف نظر شده است و از مدل نيروي خطي (LDF) براي مقاومت داخلي استفاده شده است. معادله انرژي سيال و جاذب به طور جداگانه توسعه داده شده است. علاوه بر اين، توزيع دما در جاذب نيز بر اساس پراكندگي حرارتي و ديواره آدياباتيك در نظر گرفته شده است. براي پيش بيني تعادل جذب از ايزوترم لانگماير استفاده شده است. مدل رياضي بدست آمده ابتدا به معادلات مدل بدون بعد تبديل شده است و سپس معادلات حاكم به معادلات ديفرانسيل معمولي با استفاده از روش تفاضل محدود (مركزي) براي مكان و روش رانج كاتاي گيل براي زمان تبديل شده است سپس معادلات به روش صريح حل شده اند. منحني دستيابي به شكست مولكولي بخار آب در سه مكان مختلف مورد بررسي قرار گرفت. به اين نتيجه رسيديم كه فرض تعادل حرارتي بين سيال و جامد، توزيع يكنواخت دماي در بستر و فرض فشار ثابت تاييد شده است. نتايج نشان مي دهد كه دماي ثابت نيز بر نتايج پيش بيني شده تأثير قابل توجهي ندارد. تجزيه و تحليل عدد بدون بعد پكلت نشان مي دهد كه مقدار آن بسيار بالا است و در نتيجه فرض جريان پلاگ در داخل برج معتبر است و پراكندگي محوري را نيز مي توان ناديده گرفت.

In this study, a mathematical model was developed to simulate an adsorption process for dehydration of natural gas on zeolite 3A. Variation of the gas velocity along the bed length was accounted and the bed pressure drop was calculated by the Ergun equation. According to the structure of zeolite, external mass transfer resistance is discarded and the linear driving force (LDF) model is used. The energy equation for fluid and adsorbent particles was developed separately. In addition, the temperature distribution in the adsorbent is also considered based on the thermal dispersion and adiabatic wall. The Langmuir isotherm was used to predict adsorption equilibrium. The mathematical model was converted to dimensionless model equations. The governing equations were converted to ordinary differential equations using the finite difference (central) method for space and Runge–Kutta methods of Gill for time. These equations were solved explicitly in numerical order. The breakthrough curve of water vapor mole fraction in three different locations was investigated. It was concluded, the assumption of thermal equilibrium between the fluid and solid, uniform distribution of temperature in solids and the constant pressure assumption is valid. The results show that constant temperature also has no significant effect on the predicted results. Dimensionless number analysis shows as the Pecklet s number is high, the assumption of the plug flow inside the tower is valid and axial dispersion can be neglected.