بررسی و مقایسه مدل های جذب سطحی برای فرآیند psa در بستر های فشرده

در فرآیند جذب با تناوب فشار، جریان عبوری از بستر، تحت تأثیر نوسان فشار قرار می گیرد تا فرآیند جذب توسط دانه های جاذب، در نیم سیکل اول زمانی و در فشار بالا، انجام شود و محصول غنی از جزء مورد نظر تولید گردد. در نیم سیکل دوم زمانی که فشار سیستم پایین است، فرآیند دفع توسط دانه ها صورت می گیرد تا بستر از حالت اشباع خارج شده و مجدداً برای نیم سیکل بعدی، آماده فرآیند جذب شود و این عمل در سیکل های متعدد ادامه می یابد و محصول بیشتری تولید می گردد. در این پروژه، شبیه سازی فرآیند جذب با تناوب فشار، جهت جداسازی اکسیژن از هوا، به کمک یک بستر فشرده (در مراحل جذب و تخلیه) و دو بستر فشرده (سیکل کامل اسکار استورم: مراحل فشارزنی، جذب، تخلیه و پاکسازی)، توسط نرم افزار comsol 4.2 a ، انجام شده است. دانه های جاذب از نوع زئولیت 5a می باشند. در این شبیه سازی، در شرایط همدما، معادلات بقاء جرم جزئی اجزاء جریان، همراه با رابطه مدل ldf حل شده اند که مدل همدمای تعادلی لانگمویر برای بیان تعادل غلظت اجزاء درون دانه ها و بین دانه ها به کار گرفته شده است. تحت این شرایط، بر اساس تغییرات فشار جزئی اجزاء جریان در طول بستر و نسبت به زمان، تغییرات ضرایب نفوذ مولکولی و نودسن (ضرایب نفوذ به درون حفره های ماکروی دانه جاذب) محاسبه شده و همچنین تأثیر به کار بردن ضریب نفوذ سطحی(ضریب نفوذ به درون حفره های میکروی دانه جاذب) لحاظ شده است. بر اساس مقادیر این ضرایب، با توجه به روابط تجربی موجود، تأثیر تغییرات ضریب نفوذ محوری و ضریب نفوذ همگن موثر( مدل ldf) در محاسبه میزان شار جذب نیتروژن و غلظت اجزاء در بین دانه ها به دست آمده است و علاوه بر این، تأثیر تغییرات ویسکوزیته جریان، ناشی از تغییرات کسر مولی اجزاء جریان در طول بستر و نسبت به زمان، نیز در محاسبه شار جذب نیتروژن و غلظت اجزاء در بین دانه ها در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده از این شبیه سازی با نتایج به دست آمده از شبیه سازی فرآیند در شرایط همدما و در حالتی که ضریب نفوذ محوری، ضریب نفوذ همگن موثر و ویسکوزیته جریان، مستقل از مکان (امتداد بستر) و زمان در نظر گرفته شده و از ضریب نفوذ سطحی صرفنظر شده، مقایسه شده است. اهمیت این پروژه در محاسبه دقیق تر شار جذب نیتروژن و غلظت اجزاء در بین دانه ها، نسبت به شبیه سازی های قبلی، در شرایط همدما می باشد. همچنین در این پروژه، نیم سیکل اول سیکل اسکاراستورم، با مدل فیک، به کمک ترکیب روش های ترتیب متعامد و حجم محدود، توسط کد عددی، شبیه سازی شده است. معادلات مورد استفاده، شامل معادلات بقاء جرم جزئی اجزاء، معادله بقاء انرژی در داخل بستر و معادلات بقاء جرم جزئی اجزاء درون دانه جاذب می باشد. در این حالت، تغییرات دما در طول بستر و نسبت به زمان در نظر گرفته شده، ولی برای دانه های جاذب (زئولیت lilsx) فقط تغییرات زمانی دما، لحاظ شده است.