Задачи анализа, оптимизации и управления при разделении газовых смесей
Автор: Акулинин Е.И., Голубятников О.О., Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Информационные технологии, моделирование и управление
Статья в выпуске: 2 (76), 2018 года.
Бесплатный доступ
Разработаны математические модели динамики короткоцикловых процессов адсорбционного разделения синтез-газа (на водород, диоксид и оксид углерода) и атмосферного воздуха (на кислород, азот и аргон), позволяющие рассчитывать профили концентраций компонентов и температуры в газовой и твердой фазах, давления и скорости газовой смеси по высоте адсорбента в зависимости от времени. Модели включают дифференциальные уравнения с частными и обыкновенными производными, описывающие: 1) процессы массо- и теплообмена, протекающие при адсорбции (десорбции) сорбтива (H2, CO2, CO и O2, N2, Ar) гранулированными цеолитовыми адсорбентами CaA и NaХ; 2) кинетику смешанно-диффузионного переноса адсорбтива и изотермы Ленгмюра-Фрейндлиха (при разделении синтез-газа), кинетики внешней диффузии и изотермы Дубинина-Радушкевича (при разделении воздуха) и уравнение Эргуна для расчета скорости газовой смеси в адсорбенте. Систему дифференциальных уравнений в частных производных решали методом прямых, систему дифференциальных уравнений в обыкновенных производных -методом Рунге-Кутты 4-го порядка точности с автоматическим выбором шага...
Короткоцикловая безнагревная адсорбция, цеолитовый адсорбент, синтез-газ, воздух, математическая модель, численный анализ, оптимизация, управление
Короткий адрес: https://sciup.org/140238615
IDR: 140238615 | DOI: 10.20914/2310-1202-2018-2-93-100
Problems of analysis, optimization and control in the separation of gas mixtures
Mathematical models of dynamics of pressure swing adsorption processes for the separation of synthesis gas (into hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide) and air (into oxygen, nitrogen and argon) have been developed. The models allow calculating the profiles of component concentrations and temperature of gas and solid phases, pressure and velocity of gas mixture along the height of adsorbent in relation to time. The models include the following equations: 1) processes of mass and heat transfer during the adsorption (desorption) of a sorptive (H2, CO2, COandO2, N2, Ar) by granulated zeolite adsorbents 5Aand13Х; 2) kinetics of compound diffusion transport of adsorbate and Langmuir-Freundlich isotherm (for the synthesis gas separation), kinetics of external diffusion and Dubinin-Radushkevich isotherm (for the air separation); 3) the Ergun equation for the calculation of pressure and velocity of gas mixture in adsorbent.The system of partial differential equations was solved by method of lines...
Список литературы Задачи анализа, оптимизации и управления при разделении газовых смесей
- Ruthven D.M., Farooq S., Knaebel K.S. Pressure swing adsorption. New York, 1993. 376 с.
- Akulinin Е.I., Ishin А.А., Skvortsov S.А., Dvoretskiy D.S. et al. Mathematical modeling of hydrogen production process by pressure swing adsorption method//Advanced Materials and Technologies. 2017. № 2. Р. 38-49 DOI: 10.17277/amt.2017.01
- Акулинин Е.И., Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И. Динамика циклических адсорбционных процессов обогащения воздуха кислородом: моделирование и оптимизация//Вестник Технологического университета. 2016. Т.19. № 17. С. 108-114.
- Ko D., Siriwardane R., Biegler L. Optimization of pressure swing adsorption and fractionated vacuum pressure swing adsorption processes for CO2 capture//Industrial & Engineering Chemistry Research. 2005. V. 44 (21). P. 8084-8094.
- Baksh M.S.A., Ackley M.W. Pressure swing adsorption process for the production of hydrogen. Pat. 6340382 USA. 2002.
- Кириллин В.А, Сычев В.В, Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Издательский дом МЭИ, 2016. 496 c.
- Шумяцкий Ю.И. Промышленные адсорбционные процессы. М.: КолосС, 2009. 183 с.
- Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия,1984. 592 с.
- Shokroo E., Farsani D., Meymandi H., Yadoliahi N. Comparative study of zeolite 5A and zeolite 13X in air separation by pressure swing adsorption//Korean Journal of Chemical Engineering. 2016. V. 33 (4), P. 1391-1401.
- Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике. М.: Мир, 1986. 320 с.
