كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي

۱۳۹۷

شانزده، ۶۹ص.: مصور، جدول، نمودار

محمدرضا احساني، محسن غلامي

ارجمند مهرباني زين آباد، مسعود حق شناس فرد

1397/05/15

كتابنامه

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

ID12473

چكيده در اين پاياننامه مدلسازي فرايند نمزدايي از گاز طبيعي به روش چرخهي جذب سطحي تناوب دما با دو بستر انجامشده است موارد مطالعاتي دو حالت بستر تك اليه و بستر دواليه با جاذبهاي زئوليت 3A و سيليكاژل ميباشد در مدلسازي اين فرايند با در نظر گرفتن مدل پراكندگي محوري براي رژيم جريان گاز در هر بستر معادالت موازنه جرم در هر بستر استخراجشده است در اين مدل جذب تمام اجزا موجود در گاز در نظر گرفتهشده است براي محاسبه نرخ انتقال جرم در بستر جذب از مدل نيرومحركه خطي و در بستر واجذب بين جوابهاي مدل نفوذ در هر ذرهي جاذب و تعادل مكاني بين گاز و جاذب مقايسه صورت گرفته و به دليل كنترلكننده بودن نرخ گرمادهي در بستر احيا از تعادل مكاني بين گاز و جاذب در اين بستر استفادهشده است براي برقراري ارتباط بين دادههاي تعادلي گاز جامد از مدل لنگموير دو سايتي استفادهشده است در اين مدل در بستر جذب توزيع دما در كل بستر در نظر گرفته نشده است ولي در بستر احيا معادله انرژي براي سيال توسعه دادهشدهاند و فرض عدم توزيع دما در جاذب نيز در نظر گرفتهشده است معادله انرژي در بستر احيا با فرض وجود پراكندگي گرمايي و ديواره آدياباتيك توسعه دادهشده و از ظرفيت گرمايي ديواره صرفنظر شده است همچنين از معادله ارگان براي محاسبه افت فشار در بستر استفادهشده است و تغييرات سرعت در اثر تغييرات دما و فشار و انتقال جرم در نظر گرفتهشده است معادالت ديفرانسيل پارهاي حاصل با روش حجم محدود و تقريب تواني گسسته شدهاند و معادالت حاصل بروش ضمني بهطور همزمان حلشدهاند براي بررسي صحت مدلسازي نتايج حاصل با دادههاي تجربي موجود در مراجع مقايسه شده است اين مقايسه نشاندهنده تطابق خوب نتايج مدل و دادههاي تجربي ميباشد با استفاده از نتايج اين مدل فرض افزايش زمان شكست با افزايش طول سيليكاژل به طول زئوليت بررسي و تأييدشده است بر اساس مورد مطالعاتي زمان شكست در بستر تك اليه 034 دقيقه ميباشد كه در بستر دواليه بهينه با طول سيليكاژل 7 3 متر اين عدد به 787 دقيقه افزايش مييابد با افزايش زمان شكست در بستر دواليه و كاهش تعداد چرخهها در يك بازهي زماني يكسان نسبت به بستر تك اليه عمر جاذبها افزايشيافته كه همين عامل سبب كاهش در هزينهها ميشود انرژي مصرفشده در بستر دواليهي بهينه در يك سال بهمراتب از بستر تك اليه زئوليت كمتر ميباشد كه صرفهجويي ديگري در هزينهها است از طرف ديگر در بستر دواليه هزينهاي صرف مبدل گرمايي ميشود كه در بستر تك اليه اين هزينه وجود ندارد نتايج نشان ميدهد با توجه به اين سه عامل استفاده از بستر دواليه نسبت به بستر تك اليه بهصرفهتر است كلمات كليدي نمزدايي گاز طبيعي مدلسازي رياضي جذب سطحي بستر دواليه

Mathematical modeling of natural gas dehydration by adsorption in two layered bed and improving the process by reducing energy consumption Saeed Saadat s saadat@cc iut ac ir Date of Submission Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language PersianSupervisors Mohamad Reza Ehsani Ehsanimr@cc iut ac ir Mohsen Gholami M Gholami@eng ui ac irAbstract In this study mathematical modeling of natural gas dehydration by the method of TSA with twobed was studied Single layer bed and two layered bed with Zeolite 3A and silica gel adsorbents areconsidered as case studies In this model the heat and mass balance equations in the gas phase weredeveloped using convective and diffusive terms and adsorption of all adsorbable components takeninto account In the calculation of mass transfer rate at adsorber bed the LDF model was used Atregeneration bed the results of diffusion model are compared with local equilibrium between gasand adsorbent and due to controlling heating rate in this bed local equilibrium is used For thecorrelating equilibrium between gas and adsorbed components Dual Site Langmuir model is chosen In this model at adsorber bed the temperature distribution isn t considered in bed and at regenerationbed the conservation of energy is developed for the gas phase and each particle of the adsorber islumped of heat transfer It is assumed that wall is adiabatic and has no heat capacity The Ergunequation is used for calculation of pressure drop in bed In this study the effect of temperature andpressure variations and mass transfer on the velocity is considered Development of conservationlaws redounds to the nonlinear set of partial and algebraic equations that must be solved numerically In this study we use the finite volume and implicit method for discretization of unsteady partialdifferential equations For the validation of simulation the results of this model are compared with the data from articles By use of this model s results breakthrough time increases with increasing of silica gel lengthproportion to zeolite 3A length in the bed According to the case study single bed breakthrough timeis 430 mintutes while breakthrough time of optimal two layered bed with 3 7 meter silica gel lengthis 787 At the optimum two layered bed the numbered of TSA s cycle reduces in a period time andas a result the lifetime of bed s adsorbers increase that this factor reduces costs Energy consumedin optimum two layered bed is less than the single layer bed on one year and this factor reduces costsagain At two layered bed a heat exchanger needs that it costs many while at single layer bed doesn tneed it Considering these three factors the use of two layered bed is more cost effective than thesingle layer bed Keywords Dehydration Natural gas Mathematical modeling Adsorption Two layered bed

محمدرضا احساني، محسن غلامي

ارجمند مهرباني زين آباد، مسعود حق شناس فرد