Nonequilibrium stage model for multicomponent absorption with chemical education

Abstract

ÖZET Bu çalışmada kimyasal reaksiyon içeren ters akımlı çok bileşenli ayırma işlemlerinin simülasyonu için tepsilerde denge şartı gerektirmeyen bir model geliştirilmiştir. Bu modelin özelliği herhangi bir zamanda bir bileşen için madde ve enerji dengeleri ile birlikte kütle ve enerjinin aktarım hızı denklemlerinin de ayrı ayrı her faz için göze alınmış olmasıdır. Yalnızca arayûzeydeki sıvı ve buhar kompozisyonları dengede kabul edilmiştir. Ayırma aşaması (tepsi) verimliliğinin hesaplanmasından tam olarak kaçınılmıştır. Kütle transfer hızlarının hesaplanması için, yalnız ikili sistemler için geçerli olan eski alışılmış tekniklerin uygulanması yerine çok bileşenli transfer hızı katsayılarının hesaplanmasında kullanılan Stefan-Maxwell ilişkisine dayanan bir yöntem kullanılmıştır. Model, farklı çalışma koşullan için tepsiti türde sabit sıcaklıkta çalışan karbon dioksit-MEA absorbsiyon kolonuna başarıyla uygulanmıştır. Bilgisayar simülasyonundan, her tepsi için buhar ve sıvı fazı bileşenlerinin molar akış hızlan, kütle transfer hızları ile arayüzeylerden difuzyon ile aktarılan bileşenlerin arayüzey mol fraksiyonlan hesaplanmıştır. Dengede olmayan tepsili absorbsiyon modelinin simülasyonu sonuçlarının literatürdeki sonuçlarla karşılaştırılması yeni yaklaşımın iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir.Bu yöntem tepsi tipli ticari absorbsiyon kolonlarının dizaynında kullanılmak üzere geliştirilebilir.

IV ABSTRACT In this study, a nonequilibrium model is developed for the simulation of counter current multicomponent separation processes involving a chemical reaction. A feature of this model is that for each stage the component material and energy balance relations for each phase together with mass and energy transfer rate equations for the phase interface are considered. Only the interface liquid and vapor compositions are considered to be in equilibrium. Computations of stage efficiencies are entirely avoided. For the computation of mass transfer rates, a rigorous method, based on the Stefan- Maxwell relation for calculating the multicomponent mass transfer coefficients is used instead of the old classical techniques which are valid only for binary systems. The model is successfully applied to a tray-type isothermal Carbon dioxide-MEA absorber at different working conditions. From the computer simulations, the molar flow rates of vapor and liquid phase components, the mass transfer rates and the interface mole fractions of the diffusing components are computed for every tray. A comparison of the simulation results of the nonequilibrium stage model with other results published in literature shows that the new approach gives good results and can be developed further to be used commercially in the design of tray-type absorbers.