Open-source application for design, simulation and analysis of multi-component gas adsorption processes in fixed bed columns
- Titel
- Open-source application for design, simulation and analysis of multi-component gas adsorption processes in fixed bed columns
- Autor/in
- Datierung
- 21.01.2022
- Beschreibung
- Adsorptionsprozesse gehören zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Methoden für die großindustrielle
Gastrennung und -reinigung. Jüngste Entwicklungen in der Trenntechnik haben neue Verfahrenskonzepte
und neue Adsorbentien hervorgebracht, die attraktive Eigenschaften hinsichtlich Energiebedarf, Durchsatz,
Regeneration des Adsorbens und Reinheit des Produkts bieten. Für optimal ausgelegte Adsorptionsprozesse
werden zunehmend mathematisch-physikalische Modelle und Simulationssoftware eingesetzt. Im Rahmen
dieser Masterarbeit wurde eine auf Open Source basierte Anwendung für die Auslegung, Simulation und
Analyse von Mehrkomponenten-Gasadsorptionsprozessen in Festbettkolonnen entwickelt. Das speziell
entwickelte Adsorptionsmodell wurde anhand eines gemessenen Referenzfalles für die Abtrennung von CO2
und N2 aus He an Aktivkohle erfolgreich validiert. Das Modell kombiniert Massen-, Energie- und Impulsbilanzen
mit einem linear-driving-force Ansatz für den Stoff- und Wärmetransport. Die Gleichgewichtsbeladungen
wurden mit der erweiterten Langmuir-Gleichung modelliert und die beladungsabhängigen
Adsorptionsenthalpien mittels der isosteren Methode berechnet. Basierend auf einem erstellten Konzept
wurde die Anwendersoftware mit grafischen Benutzeroberflächen in Python implementiert. Der derzeitige
Funktionsumfang der Software erlaubt im Wesentlichen die Eingabe aller definierten Parameter und Messdaten,
die Modellierung von Adsorptionsgleichgewichten, die Simulationsdurchführung des entworfenen
Adsorptionsprozesses sowie die grafische Auswertung der Simulationsergebnisse anhand von Massentransferzonen
und Durchbruchskurven.
Adsorption processes are among the most important process engineering methods for large scale gas
separation and purification tasks in industry. Recent developments in separation technology have included
new process designs and new adsorbents which offer attractive characteristics regarding energy demand,
throughput, regeneration of the adsorbent and purity of the product. For optimum designed adsorption
processes, mathematical-physical models and simulation software are increasingly used. Within this master
thesis, an open-source based application was developed for the design, simulation and analysis of multicomponent
gas adsorption processes in fixed bed columns. The specially developed adsorption model was
successfully validated using a measured reference case for the separation of CO2 and N2 from He on activated
carbon. The model combines mass, energy and momentum balances with a linear driving force approach for
mass and heat transport. The equilibrium loadings are modelled with the extended Langmuir equation and the
loading dependent enthalpies of adsorption are calculated via the isosteric method. Based on a created
concept, the user software with graphical user interfaces was implemented in Python. The current functional
framework of the software basically allows the input of all defined parameters and measurement data, the
modelling of adsorption equilibria, the simulation execution of designed adsorption process as well as the
graphical evaluation of simulation results based on mass transfer zones and breakthrough curves.
- Adsorptionsprozesse gehören zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Methoden für die großindustrielle
- Urheberrechtshinweis
- Blättler Roman, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
HSLU
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
Werk
- Titel
- Open-source application for design, simulation and analysis of multi-component gas adsorption processes in fixed bed columns
- Beschreibung
- Adsorptionsprozesse gehören zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Methoden für die großindustrielle
Gastrennung und -reinigung. Jüngste Entwicklungen in der Trenntechnik haben neue Verfahrenskonzepte
und neue Adsorbentien hervorgebracht, die attraktive Eigenschaften hinsichtlich Energiebedarf, Durchsatz,
Regeneration des Adsorbens und Reinheit des Produkts bieten. Für optimal ausgelegte Adsorptionsprozesse
werden zunehmend mathematisch-physikalische Modelle und Simulationssoftware eingesetzt. Im Rahmen
dieser Masterarbeit wurde eine auf Open Source basierte Anwendung für die Auslegung, Simulation und
Analyse von Mehrkomponenten-Gasadsorptionsprozessen in Festbettkolonnen entwickelt. Das speziell
entwickelte Adsorptionsmodell wurde anhand eines gemessenen Referenzfalles für die Abtrennung von CO2
und N2 aus He an Aktivkohle erfolgreich validiert. Das Modell kombiniert Massen-, Energie- und Impulsbilanzen
mit einem linear-driving-force Ansatz für den Stoff- und Wärmetransport. Die Gleichgewichtsbeladungen
wurden mit der erweiterten Langmuir-Gleichung modelliert und die beladungsabhängigen
Adsorptionsenthalpien mittels der isosteren Methode berechnet. Basierend auf einem erstellten Konzept
wurde die Anwendersoftware mit grafischen Benutzeroberflächen in Python implementiert. Der derzeitige
Funktionsumfang der Software erlaubt im Wesentlichen die Eingabe aller definierten Parameter und Messdaten,
die Modellierung von Adsorptionsgleichgewichten, die Simulationsdurchführung des entworfenen
Adsorptionsprozesses sowie die grafische Auswertung der Simulationsergebnisse anhand von Massentransferzonen
und Durchbruchskurven.
Adsorption processes are among the most important process engineering methods for large scale gas
separation and purification tasks in industry. Recent developments in separation technology have included
new process designs and new adsorbents which offer attractive characteristics regarding energy demand,
throughput, regeneration of the adsorbent and purity of the product. For optimum designed adsorption
processes, mathematical-physical models and simulation software are increasingly used. Within this master
thesis, an open-source based application was developed for the design, simulation and analysis of multicomponent
gas adsorption processes in fixed bed columns. The specially developed adsorption model was
successfully validated using a measured reference case for the separation of CO2 and N2 from He on activated
carbon. The model combines mass, energy and momentum balances with a linear driving force approach for
mass and heat transport. The equilibrium loadings are modelled with the extended Langmuir equation and the
loading dependent enthalpies of adsorption are calculated via the isosteric method. Based on a created
concept, the user software with graphical user interfaces was implemented in Python. The current functional
framework of the software basically allows the input of all defined parameters and measurement data, the
modelling of adsorption equilibria, the simulation execution of designed adsorption process as well as the
graphical evaluation of simulation results based on mass transfer zones and breakthrough curves.
- Adsorptionsprozesse gehören zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Methoden für die großindustrielle
- Autor/in
- Datierung
- 21.01.2022
- Format
- 47 Seiten
- Sprache
Rechte
- Urheberrecht
- Blättler Roman, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Hinweis zu Rechtsgrundlagen
- Lizenzierung
- Klassifikation