مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

مدل‌سازی دینامیکی بستر ثابت جذب دو‌جزئی CO₂/N₂ با جاذب CALF-20

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه علم و صنعت ایران
10.22034/ijche.2026.573858.1585
چکیده
در این پژوهش، مدلسازی دینامیکی جذب دو‌جزئی دی‌اکسید کربن و نیتروژن در یک ستون بستر ثابت با جاذب چارچوب فلز آلی CALF-20 ارائه شده‌است. فرآیند در شرایط همدما در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ بار و با ترکیب ورودی مختلف مدل‌سازی شد. سینتیک انتقال جرم با استفاده از مدل نیروی محرکه خطی (LDF) توصیف شد. تعادل جذب چندجزئی بر پایه ایزوترم‌های تک‌جزئی و با بهره‌گیری از نظریه جذب محلول ایده‌آل (IAST) محاسبه گردید. معادلات دیفرانسیل پاره‌ای به روش تفاضل محدود بالادست در راستای محوری گسسته‌سازی و با روش رانگ کوتا مرتبه سوم حل شدند. مطالعه استقلال از شبکه نشان داد که ۱۰۰ گره محوری و گام زمانی 01/0 ثانیه با خطای کمتر از ۱% نتایج قابل قبولی ارائه می‌دهند. مدل با داده‌های تجربی رخنه اعتبارسنجی گردید و میانگین انحراف کمتر از ۵% مشاهده شد. شاخص‌های عملکردی کلیدی شامل ظرفیت کاری (24/2 مول بر کیلوگرم)، انتخاب‌پذیری دینامیکی (حدود ۳۲۰)، بازده بستر (3%/95)، طول بستر استفاده‌نشده (49/1 سانتی‌متر) و طول ناحیه انتقال جرم (32/2 سانتی‌متر) محاسبه گردید. نتایج نشان می دهد کهCALF-20 در جداسازی CO₂ از جریان‌های غنی از N₂ دارای انتخاب‌پذیری و ظرفیت بالای می باشد. مدل توسعه‌یافته با افزودن مدل حرارتی و بررسی چرخه‌های PSA/TSA می‌تواند به عنوان گام اولیه در طراحی مفهومی واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Dynamic modeling of fixed bed bicomponent CO₂/N₂ adsorption with CALF-20 adsorbent

نویسندگان English

Mohammad Sadegh Khodadadi
Ahad Ghaemi
Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده English

In this study, dynamic modeling of two-component adsorption of CO2 / N2 in a fixed bed column with a CALF-20 metal-organic framework is presented. The process was modeled under isothermal conditions at 25°C and 1 bar pressure with different input compositions. Mass transfer kinetics were described using the linear driving force (LDF) model. The multicomponent adsorption equilibrium was calculated based on single-component isotherms using the ideal solute adsorption theory (IAST). Partial differential equations were solved using upstream finite difference method using the third-order Runge-Kutta method. The grid independence study showed that 100 axial nodes and a time step of 0.01 s provide acceptable results with an error of less than 1%. The model was validated with experimental penetration data and the average deviation was observed to be less than 5%. Key performance indicators including working capacity (2.24 mol/kg), dynamic selectivity (about 320), bed efficiency (3.95%), unused bed length (1.49 cm) and mass transfer zone length (2.32 cm) were calculated. The results show that CALF-20 has high selectivity and capacity in CO₂ separation from N₂-rich streams. The developed model can be used as an initial step in the conceptual design of industrial units by adding a thermal model and investigating PSA/TSA cycles.

کلیدواژه‌ها English

CALF-20
Metal-organic Framework
CO2 Capture
Fixed Bed
Dynamic Adsorption Modeling
Breakthrough Curve

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 تیر 1405