بررسی عددی تأثیر دانه بندی در پدیده جذب مخلوط چند جزئی گاز در بسترهای فشرده

طی چند دهه گذشته, پدیده جذب سطحی, توجه بسیاری از صنایع را به خود معطوف کرده است. از مهم ترین کاربردهای این پدیده, می توان به جداسازی مخلوط گازها, به ویژه برای تولید اکسیژن و یا نیتروژن خالص اشاره کرد. این روند روز افزون استفاده از پدیده جذب سطحی, لازم داشته تا با استفاده از روش های شبیه سازی, از جمله cfd, با دقت بیشتری به جزئیات آن پرداخته شود. در این پژوهش, رهیافتی جدید برای شبیه سازی پدیده جذب سطحی مخلوط چند جزئی گاز ارائه می گردد و اثر دانه بندی ذرات جاذب درون یک بستر فشرده, بر روی پدیده جذب سطحی مورد بررسی قرار می گیرد. برای تولید هندسه بستر فشرده, از برنامه از قبل نوشته شده که بر پایه روش dem استوار است استفاده شده است. معادلات حاکم, معادلات پیوستگی, ممنتوم و معادله انتقال اسکالر گونه شیمیایی است که تنها برای فاز سیال حل می گردند و میزان جذب در دانه های جاذب از طریق معادله ldf محاسبه می شود. تولید شبکه و شبیه سازی فرآیند جذب سطحی, به ترتیب با استفاده از نرم افزارهای تجاری icem cfd و ansys fluent 13.0 انجام گرفته است و شرایط اولیه, شرایط مرزی و همچنین جملات چاه مورد نیاز برای حل معادلات, از طریق توابع قابل تعریف در نرم افزار ansys fluent 13.0 (udf) اعمال گردیده است. برای اعتبار سنجی حل میدان جریان و اطمینان از درستی تنظیمات در نظر گرفته شده در نرم افزار, مقدار افت فشار با کارهای قبلی انجام شده مقایسه شده است. برای شبیه سازی پدیده ی جذب سطحی, مخلوطی دو جزئی (حاوی 21 درصد اکسیژن و 79 درصد نیتروژن) از روی بستری فشرده از ذرات جاذب نیتروژن عبور داده می شود و در خروجی, اکسیژن با درصد خلوص بالاتر به دست می آید. به منظور بررسی اثر دانه بندی بر روی پدیده جذب سطحی, بستری با ابعاد ثابت و تعداد دانه های جاذب 7, 14, 28, 41 و 62 در نظر گرفته شده است و مقدار کسر مولی اکسیژن و دبی جرمی اکسیژن خروجی برای بسترها با دانه بندی های مختلف با یکدیگر مقایسه شده است. با توجه به نتایج به دست آمده, عوامل موثر بر پدیده جذب, با فرض ثابت بودن فشار, مقدار جرم ذرات درون بستر و همچنین تخلخل بستر است. به طور کلی, با توجه به مدل ldf, هرچه جرم بستر بیشتر باشد, میزان جذب نیز بالاتر خواهد بود و کسر مولی اکسیژن در خروجی بیشتر خواهد شد. از طرف دیگر, در صورت ثابت بودن جرم برای دو بستر, بستری که دارای تخلخل کمتری است, درجه خلوص بالاتری را برای اکسیژن در خروجی بستر به دست می دهد؛ اما تخلخل پایین تر باعث کاهش دبی جرمی اکسیژن خروجی نیز خواهد شد. لازم به ذکر است که به دلیل کمبود نتایج آزمایشگاهی و عدم امکان انجام آزمایش تجربی, نتایج حاصل از شبیه سازی پدیده جذب سطحی به صورت کیفی مورد بررسی قرار گرفته است.