عنوان پایان‌نامه
بررسی مدل سازی و تعین پارامترهای تعادلی و سنتیکی فرایند جذب سطحی گاز های حاصل از فرایند رفمینگ متان به هدف جداسازی گاز هیدروژن
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1045.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 49743
- تاریخ دفاع
- ۲۱ خرداد ۱۳۹۰
- استاد راهنما
- جعفر توفیقی, شهره فاطمی
- دانشجو
- محمودرضا قزل ارسلان
- چکیده
- در پروژه حاضر، جداسازی و خالص سازی هیدروژن از جریان گازهای خروجی حاصل از واکنش رفرمینگ متان با بخار توسط فرایند جذب سطحی با کمک دو نوع جاذب متخلخل شامل زئولیت 5A و کربن فعال صنعتی مورد بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی ریاضی قرار گرفت . بخش اول پروژه به آزمایش های تعادلی تک جزیی جهت تعیین پارامترها و مدل های ایزوترم تعادلی گازهای فرآیند اختصاص دارد. از آنجا که هیدروژن حاصل از فرایند رفرمینگ متان پس از جذب بخارآب با ناخالصی منو اکسید کربن، دی اکسید کربن، نیتروژن و متان همراه است، ایزوترم های تعادلی این گازها در بستر جاذب های زئولیت و کربن فعال تعیین گردیدند و سپس با کمک ایزوترم توسعه یافته لانگمیر برای مخلوط گازها درمدل دینامیک جذب سطحی مخلوط گازها به کار گرفته شد. در بخش دوم، مدلسازی دینامیک جذب در بستر جاذب با شرط وجود پراکندگی محوری وبا فرض جذب سینتیک توده ای با مدل انتقال جرم بر اساس نیروی محرکه خطی درفاز جامد و درشرایط هم دما انجام شد. منحنی های گذرحاصل از مدل ریاضی با آزمایشات جذب دینامیک مورد مقایسه و تطبیق قرار گرفت و پارامترهای ضریب پیچش و تخلخل جاذب های مورد استفاده تنظیم و اصلاح شدند. ارزشگذاری و بررسی صحت مدل و پارامترهای برازش شده با استفاده از آزمایشات جذب و دفع دینامیک در ستون های دو لایه انجام گردید و با استفاده از نتایج آزمایشات PSA قابلیت مدل در شبیه سازی فرآیند سیکلی مورد تایید قرار گرفت. سپس به منظور افزایش راندمان جداسازی هیدروژن، مدل ارایه شده برای جذب سطحی برای یک فرایند دوره ای چهارمرحله ای در فشار های مختلف اجرا شد و انجام فرایند جذب سطحی در فشار 22 بار پیشنهاد گردید. نتایج حاصل از مدل سازی نشان داد که با کمک فرایند جذب دوره ای در فشار22 بار می توان با راندمان بالاتری نسبت به سایر فشارها، هیدروژن را از مخلوط ناخالصی های همراه، تا 9/99 خالص سازی نمود.
- Abstract
- In the present study, separation and purification of hydrogen from the gaseous product of the methane steam reforming process is investigated and modeled by adsorption process in a two-layer bed of industrial adsorbent including activated carbon and 5A zeolite. The first part of the project focused on the single-component equilibrium adsorption experiments to determine the isotherm models and their parameters. Since the hydrogen produced in methane reforming process is associated with impurities of carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and methane; equilibrium isotherms of these gases were determined on the zeolite and activated carbon, thereafter extended Langmuir adsorption model was built for the gas mixture equilibrium calculations to be used in the dynamic modeling of adsorption process of the mixture. In the second part, dynamic modeling of adsorption process with carried out using the assumptions of axially dispersed plug flow, lumped kinetic model with linear driving force (LDF) for mass uptake kinetics in the solid phase and constant temperature. Breakthrough curves derived from the mathematical model were compared with the experimental results of dynamic absorption, and two parameters of tortuosity and void fraction of each adsorbent were fine tuned. Finally, simulation of the cyclic adsorption process was conducted and the result of simulation was compared with the result of laboratory scale test. After all, a comparison between high pressure and atmospheric cyclic adsorption was taken place. The results revealed that increasing the pressure of adsorption step up to 22 bars could purify the hydrogen with the same purity whereas it revealed growing up of the hydrogen recovery.
