مدلسازی ریاضی جذب دینامیک و چند جزیی هیدروکربنهای سبک در بستر ثابت کربن فعال

Abstract

در این مقاله مدلی ریاضی برای جذب چند جزئی هیدروکربنها در بسترهای جذب شامل دانه های جاذب با اشکال مختلف ارائه شده است و می تواند جذب سطحی مخلوطی از هیدروکربنهای موجود در جریان هوا را به صورت گذرا و به صورت تابعی از ابعاد بستر و جاذب با در نظر گرفتن مقاومت نفوذ محوری در بستر و مقاومت انتقال جرم فیلمی اطراف دانه و با استفاده از مکانیسم نفوذ حفره ای در داخل دانه همراه با شرایط جذب تعادلی در سطوح جامد ارائه کند. مدل جذب تعادلی بکار رفته مدل غیر خطی و چند جزیی لاتگمیر توسعه یافته می باشد که بر حسب نوع کربن فعال بکار رفته می تواند در شرایط عملیاتی مختلف دما، فشار، غلظت اجزا و سرعت جریان گاز، منحنی گذر را در شرایط جذب و دفع بستر پیشگوئی کرده و ظرفیت جذب کربن فعال را برای هیدروکربنهای مختلف در شرایط فوق ارائه دهد. برای حل همزمان معادلات بستر و دانه از روشهای تعامد تطبیقی در دانه و تفاضل محدود غیر صریح در بستر به صورت همزمان استفاده شده است. منحنی کسر ماده جذب شده در دانه (FU) و منحنی گذر حاصل از حل مدل برای مخلوطهایی از اتان، پروپان، نرمال بوتان و نرمال پنتان بدست آمده است. برای اطمینان از صحت مدل، نتایج حاصل از منحنی (FU) با نتایج آزمایشی انجام شده در مراجع در شرایط یکسان مقایسه گردیده است که نتایج از دقت خوبی برخوردار است. در بررسی منحنی گذر، پاسخ بستر جذب نسبت به تغییر پارامترهای موثر مدل از جمبه اندازه دانه فاکتور پیچش جاذب، سرعت جریان گاز و دما تعیین و مورد ارزیابی قرار گرفته و همچنین زمان پر شدن بستر و میزان ماده جذب شده به ازاء واحد جرم جاذب در شرایط مختلف تعیین و بررسی گردیده است. مدل حاضر نشان می دهد که میزان جذب شدگی به اندازه دانه و نیز فاکتور پیچش جاذب وابستگی زیادی داشته و جذب توسط مکانیسم نفوذ حفره ای کنترل می شود. همچنین منحنی گذر در شرایط بازیابی بستر نیز در اثر ورود هوای خالص به بستر پر شده بررسی و زمان بازیابی بستر با توجه به سرعت جریان هوا تعیین گردیده است.