مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

مدلسازی و تحلیل دینامیکی فرآیند جذب دی اکسید کربن در بستر جاذب لانه‌زنبوری ترکیبی AC/13X/CMS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی شیمی، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران
10.22034/ijche.2026.581338.1602
چکیده
در این پژوهش، مدل‌سازی و تحلیل دینامیکی فرآیند جذب دی‌اکسیدکربن در بستر جاذب لانه‌زنبوری ترکیبی شامل کربن فعال، زئولیت 13X و کربن غربال مولکولی انجام شد. به‌کارگیری این جاذب ترکیبی، بهره‌گیری هم‌زمان از ویژگی‌های مکمل اجزای مختلف است؛ به‌طوری‌که کربن فعال با سطح ویژه بالا و مسیرهای نفوذی متنوع به افزایش دسترسی مولکولی کمک می‌کند، زئولیت 13X به دلیل وجود سایت‌های قطبی و کاتیونی میل ترکیبی بالایی نسبت به دی اکسید کربن دارد، و کربن غربال مولکولی با ساختار ریزحفره‌ای و اثر غربال مولکولی، ظرفیت جذب و رفتار دینامیکی ستون را بهبود می‌دهد. ساختار لانه‌زنبوری نیز با ایجاد مسیرهای منظم جریان، کاهش افت فشار و بهبود انتقال جرم، بستر مناسبی برای جذب دینامیکی دی اکسید کربن فراهم می‌کند. مدل ریاضی بر پایه موازنه جرم فاز گاز، سینتیک نیروی محرکه خطی و ایزوترم‌های تعادلی توسعه یافت و با داده‌های تجربی ظرفیت جذب و روندهای منحنی رخنه اعتبارسنجی شد. نتایج نشان داد که افزایش فشار موجب افزایش ظرفیت جذب و افزایش دما موجب کاهش آن می‌شود که با ماهیت گرمازای جذب فیزیکی دی اکسید کربن سازگار است. همچنین ترکیب بهینه شامل 30 درصد وزنی زئولیت 13X و 70 درصد وزنی CMS بالاترین عملکرد را در محدوده شرایط بررسی‌شده نشان داد. تحلیل حساسیت نشان داد که فشار، ترکیب جاذب و دما به‌ترتیب بیشترین اثر را بر ظرفیت جذب دارند. سهم اصلی این مقاله، تبدیل داده‌های تجربی جاذب لانه‌زنبوری ترکیبی به یک چارچوب مدل‌سازی دینامیکی قابل اعتبارسنجی برای تحلیل ظرفیت جذب، رفتار رخنه و اثر پارامترهای عملیاتی است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Dynamic Modeling and Analysis of Carbon Dioxide Adsorption Process in a Hybrid AC/13X/CMS Honeycomb Adsorbent Bed

نویسندگان English

Mohammad Hossein Khastkhodaei
Nadia Esfandiari
Moein Nabipour
Bizhan Honarvar
Department of Chemical Engineering, Marv.C., Islamic Azad University, Marvdasht, Iran
چکیده English

In this study, dynamic modeling and analysis of carbon dioxide adsorption in a hybrid honeycomb adsorbent bed composed of activated carbon, zeolite 13X, and carbon molecular sieve were investigated. The rationale for using this hybrid adsorbent is to take advantage of the complementary properties of its components. Activated carbon provides high specific surface area and diverse diffusion pathways, zeolite 13X offers polar and cationic sites with strong affinity toward CO₂, and carbon molecular sieve contributes microporous structure and molecular sieving effects, which can enhance adsorption capacity and dynamic column performance. In addition, the honeycomb structure provides regular flow channels, reduces pressure drop, and improves gas–solid mass transfer during the adsorption process. A mathematical model was developed based on gas-phase mass balance, the linear driving force kinetic model, and adsorption equilibrium isotherms. The model was validated using experimental adsorption capacity data and the main trends of breakthrough behavior. The results showed that increasing pressure enhanced CO₂ adsorption capacity, whereas increasing temperature decreased adsorption capacity, which is consistent with the exothermic nature of physical adsorption. The optimized adsorbent composition containing 30 wt% zeolite 13X and 70 wt% CMS showed the best performance within the investigated operating range. Sensitivity analysis indicated that pressure, adsorbent composition, and temperature were the most influential parameters affecting CO₂ adsorption capacity. The main contribution of this work is the conversion of experimental data for a hybrid honeycomb adsorbent into a validated dynamic modeling framework for analyzing adsorption capacity, breakthrough behavior, and the effects of operating parameters.

کلیدواژه‌ها English

Dynamic modeling
carbon dioxide adsorption
honeycomb bed
adsorption isotherms
parametric analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 تیر 1405