Simulação numérica da separação de misturas CH4/He e CO2/He em colunas de adsorção em leito fixo

• Main Author: Machado Júnior, Martinho
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2012
• Subjects: Engenharia quimica; Adsorção; Dioxido de carbono; Metano; Metodo dos volumes finitos
• Online Access: http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/92275

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009 === Made available in DSpace on 2012-10-24T07:23:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269337.pdf: 1005615 bytes, checksum: 5e9a22d3eafb4bab431e6bca358538a2 (MD5) === Os gases metano e dióxido de carbono fazem parte da composição do gás natural, onde o metano encontra-se em maior proporção. Ambos os gases apresentam efeitos indesejáveis, onde o metano é o maior responsável pelo efeito estufa no Planeta e o gás carbônico, pela oxidação de dutos no transporte do gás natural. A separação do CO2 do gás natural promove um aumento do poder calorífico do combustível, possibilitando a utilização do CO2 como matéria prima na indústria química, como por exemplo, na produção de gelo seco. Os processos adsortivos são utilizados na remoção e/ou na purificação de compostos gasosos, quando os métodos tradicionais tornam-se economicamente inviáveis. Neste trabalho foi estudado o processo de adsorção monocomponente das misturas CH4\He e CO2\He em coluna de leito fixo, empacotada com adsorvente pellets de silicalita. As equações diferenciais que descrevem o modelo físico, com as condições iniciais e de contorno, foram aproximadas numericamente pelo método de Volumes Finitos, com um arranjo co-localizado de variáveis em uma malha estruturada. Foi utilizado como função de interpolação o esquema WUDS. Para descrever a transferência de massa da fase fluida para a sólida, foi aplicado o modelo da força motriz linear (LDF), enquanto que, para determinar a concentração de equilíbrio entre a fase sólida e fluida, foi utilizada a equação de Langmuir estendida. As curvas de ruptura obtidas numericamente apresentaram boa concordância com as experimentais, sendo possível avaliar a eficiência de purificação dos gases em leito fixo em função da variação da concentração, temperatura e vazão de alimentação. === Methane and carbon dioxide gases are part of natural gas composition and methane is in bigger proportion. Both gases are pollutants which methane is the most responsible by the greenhouse effect and carbon dioxide in turn by pipelines oxidation in natural gas transporting. The separation of CO2 from natural gas promotes an increase in calorific power of the fuel, allowing the use of CO2 as a raw material in chemical industry, as in the production of dry ice. Gas adsorption process have been used on the removal and/or purification of toxic or oxidant pollutant gases, when conventional methods are costly or molecular diameter to be adsorbed are very close to each other. In this work, the performance of a fixed monolayer packed-bed of silicalite pellets for gas mixture adsorption (CH4/He and CO2/He) was studied through the solution of differential equations, with initial and boundary conditions, using the Finite Volume Method with a co-localizated arrangement of variables in a structured grid. In the application of this technique, the Weighted Upstream Differencing Scheme (WUDS) was used as interpolation function. The linear driving force (LDF) model was used to describe the mass transfer from fluid to the solid phase, while extended Langmuir equation was used to calculate equilibrium concentrations between fluid and solid phases. The numerical breakthrough curves obtained in this work showed good agreement with the experimental curves, allowing the prediction of the adsorption efficiency of the fixed bed as function of the feed concentration, feed temperature and feed flux variation.