The objective of this study was to reduce the level of impurities in biogas to obtain a higher concentration of methane gas (CH4) in it. The biogas purification process was carried out in a packed scrubber using Monoethanolamine (MEA) compound as an absorbent. This research focused on the effect of the packing flow area and the optimum biogas flow rate for obtaining purified biogas with a high concentration of methane (CH4). The results of the study reveal that the packing flow area measuring 0.1963 cm2 is more optimal in the purification process compared to 1.7633 cm2 packing flow area. Different biogas flow rates at 0.3 L/min, 0.5 L/min, 1 L/min, and 12 L/min yield different results, and the highest concentration of CH4 at 90.141% is obtained from the slowest flow rate, which is 0.3 L/min. The slow flow rate and a small packing flow area equal to a longer contact time between MEA and the biogas flowing through it; hence, the absorption contact area is also greater compared to that with a faster flow rate; therefore, the highest level of CH4 is obtained at the slowest biogas flow rate.
Przedstawiono wyniki badań pochłaniania CO2 w cieczach jonowych [Emim][Ac] i [Bmim][Ac] pod ciśnieniem atmosferycznym, w kolumnie wypełnionej. W badaniach doświadczalnych określono wpływ zawartości CO2 w gazie wlotowym, temperatury absorpcji oraz zawartości wody w cieczy jonowej na sprawność usuwania CO2 z gazu. Badania pokazały, że w tych samych warunkach doświadczalnych pojemności sorpcyjne CO2 zastosowanych cieczy jonowych i roztworów amin są porównywalne, jednakże w przypadku cieczy jonowych potrzebny jest znacznie dłuższy czas kontaktu dla usunięcia tej samej ilości CO2.
EN
The experimental study of CO2 absorption in ionic liquids: [Emim][Ac] and [Bmim][Ac] in packed bed column is presented. The influence of initial CO2 concentration, absorption temperature and water content in ionic liquid on removal efficiency was investigated. The results show that in the same experimental conditions ILs have comparable CO2 absorption capacities with amine solution. However ILs need much longer times to absorb the same amount of carbon dioxide from gas mixture.
W pracy przedstawiono model matematyczny procesu usuwania ditlenku węgla z gazów w kolumnie wypełnionej zraszanej cieczami jonowymi [Bmim][Ac] i [Emim][Ac]. Uzyskane dane doświadczalne porównano z wynikami obliczeń prowadzonych według opracowanego modelu procesu uzyskując dobrą zgodność obliczeń z danymi eksperymentalnymi.
EN
The mathematical model of carbon dioxide removal from gases in a packed column using ionic liquids [Bmim][Ac] and [Emim][Ac] was presented. Experimental data obtained in previous work was compared with calculations results carried out using developed mathematical model of the process with good agreement with experimental data.
The calculation of column’s height plays an important role in packed columns precise design. This research is based on experimentally measurement of mass transfer coefficients in different heights of packed column to predict its height. The objective of presented work is to introduce a novel conceptual method to predict column height via new correlation for mass transfer coefficient. As the mass transfer coefficient is decreased with increase of column height, the HTU’s are not constant figures along the column so this new approach is called increasing HTU’s. The results of the proposed idea were compared with other correlations and the conventional method i.e. constant HTU’s. Since the results are in very good agreement with experimental data comparing to conventional method, it seems this approach can be a turning point in design of all differential columns like packed columns. Making use of this method is suggested for design of differential columns.
Measurements of the absorption rate of carbon dioxide into aqueous solutions of N-methyldiethanoloamine (MDEA) and 2-ethylaminoethanol (EAE) have been carried out. On this basis a mathematical model of the performance of an absorption column operated with aqueous solution of a blend of the above amines at elevated temperatures and pressures have been proposed. The results of simulations obtained by means of this model are described. The work is a part of a wider program, aimed at the development of a new process.
Woda do celów przemysłowych i potrzeb ludności musi odpowiadać ściśle określonym wymogom. W celu pochłaniania zanieczyszczeń z roztworów stosuje się proces adsorpcji z wykorzystaniem adsorbentów stałych o silnie rozwiniętej powierzchni. W ostatnim dziesięcioleciu zauważa się zainteresowanie tanimi i nowymi adsorbentami do usuwania jonów metali ciężkich. Do badań wytypowano adsorbenty z różnych grup: - węgiel aktywny: najczęściej omawiany w literaturze tematu oraz jako materiał referencyjny do sprawdzenia poprawności obliczeń modelowych, - chitozan liofilizowany; stosunkowo nowy sorbent, polecany do usuwania jonów metali ciężkich, - klinoptylolit: tani sorbent mineralny pozyskiwany na terenie Polski, również wykorzystywany do usuwania jonów metali z roztworów rozcieńczonych, - łuskę gryki: nowy materiał należący do tzw. tanich sorbentów (Iow cost), szeroko dostępny w kraju ze względu na specyfikę naszego rolnictwa. W każdym z przypadków przedstawiono prawdopodobny mechanizm wiązania jonów metali ciężkich z danym adsorbentem. W opracowaniu przedstawiono aktualny stan wiedzy na temat określania i opisu matematycznego izoterm sorpcji z roztworów ciekłych, zjawisk zachodzących w roztworze, na powierzchni i wewnątrz ziarna adsorbentu, aby w dalszej kolejności przejść do mechanizmów adsorpcji w kolumnie wypełnionej. Przedstawiono najszerzej stosowany, klasyczny bilans masy oraz możliwości obliczania wielkości charakteryzujących pracę kolumny (współczynniki dyfuzji, wysokość strefy wymiany masy etc.). W dalszej części pracy skupiono się na prowadzeniu eksperymentów. Po wykonaniu pomiarów równowagi adsorpcyjnej, w drugim etapie pracy przeprowadzono badania w kolumnie laboratoryjnej. W obu przypadkach stosowano roztwory wieloskładnikowe jonów metali ciężkich: Cu(II), Zn(II) i Ni(II). Dodatkowo w pracy przedstawiono możliwość zastosowania sztucznych sieci neuronowych do opisu równowagi sorpcji w układach wieloskładnikowych. W dalszej kolejności (w rozważaniach inżynierskich), po wyborze odpowiedniego adsorbentu i badaniach wstępnych w małej skali, należy opracować model opisujący proces. W ramach pracy zaproponowano model matematyczny pozwalający na obliczenia stężenia roztworu na wylocie z kolumny i stężenia substancji adsorbowanej w adsorbencie, jak również krzywych przebicia dla różnych warunków prowadzenia procesu i wymiarów samej kolumny. Obliczenia prowadzono w środowisku obliczeniowym Matlaba z zastosowaniem własnych algorytmów obliczeniowych. Model dynamiki procesu w kolumnie uwzględniał specyfikę sorpcji opisanej równaniami kinetyki: pseudopierwszego rzędu (dla sorpcji fizycznej), pseudo-drugiego rzędu (dla chemisorpcji), Elovicha (dla sorpcji chemicznej i wymiany jonowej). Forma modelu zależała od tego, które z równań kinetycznych zostało w nim uwzględnione. Otrzymano więc trzy zestawy równań służących do wyznaczania parametrów pracy kolumny. W modelu uwzględniono, że czas procesu i analizowana wysokość kolumny są ze sobą powiązane. Wybierając dwa dowolne miejsca (przekroje) wzdłuż kolumny można obliczyć odpowiadające im wartości stężeń w cieczy i ilości substancji zaadsorbowanej. Wartości te wynikają z opóźnienia czasowego dopłynięcia adsorbatu do wyższego miejsca w kolumnie (przy zasilaniu od dołu), co uwzględniono przez wprowadzenie zmiennej ξ. Identyfikacja dynamiki w kolumnie polegała na znalezieniu współczynników modelu q*. K, Deff lub β, K, Deff (w przypadku wykorzystania równania Elovicha) i porównaniu wartości obliczonych z danymi eksperymentalnymi. Wprowadzenie wartości q* wyznaczonej w oparciu o równowagę urealniło wyniki i pozwoliło na obliczenie dwóch pozostałych parametrów modelu K i De(f. Poszukiwanie współczynników identyfikujących pracę kolumny może odbywać się z wykorzystaniem metod optymalizacyjnych przeszukujących dziedzinę dopuszczalnych rozwiązań w celu znalezienia ekstremum globalnego. W pracy do tego zadania wykorzystano algorytm genetyczny. Kolejnym etapem sprawdzenia poprawności działania modelu było wykonanie obliczeń w oparciu o dane literaturowe. Wybrano układy: modyfikowane barwnikiem (Reactive Orange 13) i Na2CO3 włókno kokosowe jako biosorbent oraz roztwór wodny jonów Pb(II) jako adsorbat; trociny - Cr(VI); węgiel aktywny - Cu(II). Porównano własne obliczenia modelowe z prezentowanymi w literaturze, uzyskując wyższą jakość przybliżenia danych eksperymentalnych niż w cytowanych pracach (przy dużo mniejszym nakładzie obliczeniowym). Dla każdego z badanych układów adsorbent-adsorbat przedstawiono wartości obliczonych parametrów modelu i ocenę statystyczną na podstawie: sumy kwadratów odchyleń wartości obliczonych i eksperymentalnych, kwadratu współczynnika determinacji i średniego błędu kwadratowego. Pomyślna weryfikacja opracowanego modelu opisującego proces dynamiki w kolumnie laboratoryjnej pozwala, aby w dalszym etapie rozważań przejść do problematyki powiększania skali i sterowania/kontrolowania on-line procesem przemysłowym.
EN
Water for the needs of industry and people must satisfy strictly determined requirements. To absorb pollutants from solutions, the process of adsorption with the use of solid adsorbents with strongly developed surface is applied. In the last decade a growing interest is observed in inexpensive and very cheap adsorbents to remove heavy metal ions. For our investigations adsorbents from various groups were selected: - activated carbon: most frequently discussed in the literature and used as a reference material to verify model calculations. - freeze-dried chitosan: a relatively new sorbent recommended to remove heavy metal ions, - clinoptilolite: a cheap mineral sorbent extracted in Poland used also to remove heavy metal ions from diluted solutions, - buckwheat hulls: an innovative material belonging to the so-called low-cost sorbents, readily available in Poland due to the specificity of our agriculture. In each case, a probable mechanism of binding heavy metal ions with the adsorbent is shown. The present state of knowledge on the determination and mathematical description of sorption isotherms from liquid solutions and phenomena occurring in the solution, on the surface and inside adsorbent particles are discussed in the study. Next, the mechanisms of adsorption in a packed column are presented. The most widely used, classical mass balance and the possibilities of calculating values which characterize column operation, such as diffusion coefficients, the height of mass transfer zone, etc. are considered. Experimental procedures are presented further in the study. Once adsorption equilibrium had been measured, experiments were carried out in a laboratory column. In both cases multicomponent solutions of heavy metal ions, i.e. Cu(II), Zn(II) and Ni(II), were used. Additionally, a possibility of applying artificial neural networks to describe sorption equilibrium in multicomponent systems is considered in the study. Further on, in engineering considerations, after choosing a promising adsorbent and carrying out preliminary investigations in a small scale, a model describing the process should be developed. A mathematical model to calculate the concentration of solution at the column outlet and the concentration of adsorbed substance in the adsorbent, as well as breakthrough curves for different process conditions and column dimensions was proposed in the study. Calculations were carried out in the Matlab computing environment. The model of process dynamics in the column took into account the specificity of sorption described by the kinetic equations of pseudo-first order (for physical sorption), pseudo-second order (for chemisorption) and Elovich equation (for chemical sorption and ion exchange). The model equations assumed forms which depended on which kinetic equation had been considered. Hence, three sets of equations were obtained to determine the column operation parameters. It was taken into account in the model that the process time and analyzed column height were interrelated. Two analyzed places in the column, both for the liquid and adsorbent, were delayed in time in relation to each other which was reflected by introducing variable ξ. Identification of the column dynamics consisted in finding model coefficients q*, K and Deff, or β , K and Deff when the Elovich equation was used, and comparing the calculated values with experimental data. Introduction of the value of q* determined on the basis of equilibrium made the results realistic and allowed us to calculate two other model parameters, i.e. K and Deff. Searching for the coefficients which identify the column operation can involve the use of optimization methods to find the area of feasible solutions in order to obtain a global extremum. To fulfill this task a genetic algorithm is applied in the study. A subsequent stage in the model verification were calculations based on literature data. The following systems were selected: modified with Reactive Orange 13 dye and Na2CO3 coconut fiber as a biosorbent and water solution of Pb(II) ions as an adsorbate; sawdust-Cr(VI); activated carbon-Cu(II). The model calculations were compared with those presented in the literature and the obtained approximation of experimental data appeared to be better than in the quoted studies (at a much lower computational effort). For each tested adsorbent-adsorbate system the calculated model parameters and statistical evaluation were presented on the basis of the sum of squared deviations of calculated and experimental values, the square of the determination coefficient and mean square error. A successful verification of the proposed model which describes process dynamics in the column is an encouragement for scaling-up and on-line control of an industrial process in the future.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The state of technology and the possibilities of removal of nitrogen oxides from flue gases in alkaline solutions with oxidants have been presented. The results of the research on the absorption of nitrogen oxides in alkaline solution of sodium hypochlorite in a packed column showed high efficiencies of removal of nitrogen oxides in a wide range of the following parameters: gas velocity, spraying density, concentration of nitrogen oxides in gas and concentration of spraying solution.
Zastosowano klinoptylolit (surowy i modyfikowany) do usuwania jonów metali ciężkich z roztworów trójskładnikowych. Badano równowagę sorpcyjną dla stężeń 5-50 mg/dm3 (T = 25°C) oraz kinetykę adsorpcji w kolumnie. Do opisu równowagi wybrano modele Freundlicha i Langmrtira, natomiast kinetykę sorpcji w kolumnie dobrze opisało równanie pseu-do-pierwszego rzędu. Potwierdzono zdolności sorpcyjne klinoptylolitu w stosunku do badanych metali ciężkich wyrażone efektywnością sorpcji: Cu(lI)>Zn(II)>Ni(II).
EN
Clinoptilolite (raw and modified) was applied for heavy metal ion removal from three-component solutions. Sorption equilibrium for concentrations of 5-50 mg/dm3 and adsorption kinetics in a column were investigated. For description of equilibrium, Frenndlich and Langmuir models were chosen. Sorption kinetics in the column was well defined by a pseudo-first order equation. Clinoptilolite sorption abilities in relation to heavy metal ions investigated were confirmed and expressed with sorption effectiveness: Cu (II)>Zn(II)>Ni(II).
Analizowano zagadnienie usuwania jonów miedzi z wody w kolumnie z wypelnieniem w postaci kulek chitozanowych. Badania prowadzono w zakresie stężeń początkowych jonów miedzi od 0,07 do 0,50 g Cu2+/dm3 Porównywano efektywność sorpcyjną na wytworzonych kulkach chitozanowych niesieciowanych oraz sieciowanych aldehydem glutarowym. Stwierdzono, że sorpcja jonów miedzi przebiega znacznie lepiej na kulkach niesieciowanych w porównaniu do tych sieciowanych aldehydem glutarowym. Stopień zatrzymania jonów wzrasta w miarę zwiększania czasu przebywania kulek w wodzie. Do opisu krzywych równowagowych sorpcji jonów miedzi zastosowano modele Langmuira i Freundlicha. Zmiany stężenia jonów w czasie opisano równaniem drugiego rzędu. Zgodność obliczeń z wartościami doświadczalnymi sprawdzono, korzystając ze współczynnika korelacji, który wahal się w granicach 0,91+0,99.
EN
Removal of carrer ions from water in the column with packing composed of chitosan be-ads is presented. Experiments were carried out at initial concentration of carrer ions ran-ging from 0.07 to 0.50 g Cu2+/dm3. Sorptivity on chitosan beads not crosslinked and crosslinked with glutaraldehyde was compared. On the basis of the research it was found that the sorption of carrer ions was much better on the not crosslinked beads as compared to the beads crosslinked with glutaraldehyde. The jon hold-up increased with an increase of the limf of beads keeping in the water. The Langmuir and Freundlich models were applied to describe the adsorption isotherms. The kinetics of carrer ions sorption was described by the secondorder equation. Consistency of calculations with experimental data was verified using the correlation coefficient, which ranged from 0.91 to 0.99.
W pracy sformułowano jednolity model matematyczny pozwalający w sposób ilościowy opisać przebieg procesu wieloskładnikowego ruchu masy i jednoczesnego ruchu masy i ciepła w podstawowych typach absorberów (kolumnach półkowych, wypełnionych i barbotażowych). Model matematyczny tworzą równania kinetyki przenikania masy i ciepła oraz równania bilansu materiałowego i cieplnego strumieni fazy gazowej i ciekłej przepływających przez absorber. Do opisu kinetyki przenikania masy i ciepła wykorzystano teorię filmu. Zgodnie z tą teorią równania przenikania obejmują: równania określające strumienie wnikającej masy i ciepła w fazie gazowej i ciekłej, warunki ciągłości strumieni masy i ciepła na powierzchni międzyfazowej, równania równowagi fazowej oraz warunki jednoznaczności definiujące konkretny przypadek ruchu masy. Strumienie wnikającej masy w każdej z faz obliczano na podstawie rozwiązania równań dyfuzji Maxwella-Stefana lub Ficka, a strumienie ciepła - uwzględniając poprawki Ackermanna. Opis wnikania w fazie ciekłej obejmuje możliwość nakładania się na wieloskładnikowy ruch masy i ciepła złożonej reakcji chemicznej zachodzącej zarówno w filmie jak i rdzeniu tej fazy. Równania bilansu materiałowego i cieplnego odnoszą się do najczęściej stosowanych modeli przepływu każdej z faz przez wymiennik masy: modelu idealnego wymieszania, modelu przepływu tłokowego oraz modelu przepływu tłokowego z nałożoną dyspersją osiową. Obejmują zarówno warunki nieustalone jak i ustalone. Zaproponowany model matematyczny wykorzystano do przeprowadzenia symulacji numerycznej adiabatycznej absorpcji amoniaku z powietrza w wodzie w kolumnie półkowej o półkach sitowych z przelewami i kolumnie wypełnionej oraz symulacji niskociśnieniowej syntezy metanolu w półprzepływowej zawiesinowej kolumnie barbotażowej. Dla kolumny półkowej uzyskane rezultaty porównano z wynikami otrzymanymi z istniejących modeli literaturowych (półki teoretycznej i modelu Taylora), a dla kolumny wypełnionej z danymi doświadczalnymi. Na podstawie uzyskanych wyników numerycznych oceniono znaczenie efektów wieloskładnikowego ruchu masy i efektów jednoczesnego ruchu masy i ciepła w procesach absorpcji o dużym efekcie cieplnym.
EN
A uniform mathematical model used for a quantitative description of the processes of multicomponent mass transfer and simultaneous mass and heat transfer in basic types of absorbers (plate columns, packed and bubble- type) is formulated in the paper. The mathematical model consists of the equations of mass and heat transfer kinetics and material balance equations as well as heat balance equations for gas and liquid phases flowing through the absorber. In the description of mass and heat transfer kinetics the film theory was used. According to this theory the transfer equations include the equations determining mass and heat transfer in the gas and liquid phases, conditions of mass and heat flux continuity on the interface, phase equilibrium equations and determinancy conditions defining a specific case of mass transfer. In the gas phase, where the lack of chemical reactions is assumed, mass fluxes are calculated on the basis of the exact analytical solution of Maxwell-Stefan diffusion equations, in the liquid phase with no chemical reaction, on the basis of an approximated (but no analytical) solution of the generalized form of these equations referring to real liquids. Heat fluxes are calculated using the Ackermann correction factors. In the case of chemical reactions in the liquid phase, mass and heat fluxes in this phase are calculated on the basis of a simultaneous solution of differential mass balances of the components with Pick, Maxwell-Stefan or generalized form of diffusion equations, and differential energy balance. The material and heat balance equations refer to most frequently used models of flow of each phase through the mass exchanger, i.e. the model of ideal mixing, plug flow model and the plug flow model with imposed axial dispersion. They cover both unsteady and steady conditions. The proposed mathematical model was used in the numerical simulation of the adiabatic ammonia absorption from air in water in a sieve plate column with downcomers and in a packed column. It was also used in the simulation of a low-pressure methanol synthesis in a semi-flow bubble column slurry reactor. Results obtained for the plate column were compared with the results obtained from theoretical models (ideal plate and Taylor's model), and those obtained for the packed column -with experimental data. The significance of multicomponent mass transfer effects and simultaneous mass and heat transfer effects in the processes of absorption with high thermal effect was evaluated on the basis of the numerical results.
W pracy zweryfikowano własny kinetyczny model populacji kropel w ekstraktorze przez porównanie obliczonych i doświadczalnych rozkładów wielkości kropel w kolumnie rozpyłowej, wypełnionej i z wibrującymi półkami (RPC). Stwierdzono dobrą zgodność obliczonych i zmierzonych rozkładów oraz wielkości kropel.
EN
Experimental data obtained for three distinctive kinds of columns (spray, packed, and reciprocating plate columns - RPC) were used to verify a kinetic model of drop population in any type of extractor. A favourable correlation was found between the data predicted by the model and those actually obtained through experimental observation.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The synthesis of alfa (3-chloro-azobenzene-4-oxy)methyl naphthalene and its use as a stationary phase in packed column are described. Column efficiency, polarity (McRey-nolds constants) and operating tempe!'ature range were studied. Retention factors, specific retention volumes and activity coefficients for alcohols, n-alkanes and aromatic hydrocarbons were determined. After the column was conditioned at temperature higher than the melting point of alfa-(3-chloro-azobenzene-4-oxy)methyl naphthalene, retention of solutes has normal gas-Iiquid chromatography temperature dependence below the melting point, down to SO-40°C. Based on experimental data, some assumptions were made on the possible types of intermolecular forces between solute and solvent.
PL
Opisano syntezę alfa-(3-chloroazobenzeno-4-oksymetylonaftalenu i jego zastosowanie jako fazy stacjonarnej w kolumnie pakowanej. Zbadano sprawność kolumny, polarność (stale M c Reynoldsa) i zakres temperatury stosowania. Określono wspólczynniki reten-cji, właściwe objętości retencji i wspólczynniki aktywności dla alkoholi, n-alkanów i węglowodorów aromatycznych. Po kondycjonowaniu kolumny w temperaturze wyższej niż temperatura topnienia alfa-(3-chloroazobenzeno-4-oksy)metylonaftalenu, retencja substancji chromatografowanych wykazuje zwyklą zależność temperaturową poniżej temperatury topnienia, do SO-40°C. Bazując na danych doświadczalnych podano możliwe rodzaje sił międzycząsteczkowych między fazą stacjonarną i substancją chromato-grafowaną
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.