Adsorción Ejemplo

DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE DIFUSION EFECTIVA EN LA ADSORCION DE METANO EN CARBÓN ACTIVADO
INTRODUCCION
Los sólidos microporosos son ampliamente usados en procesos de adsorción de gas. Para describir estos procesos es necesaria la determinación de datos cinéticos y de la isoterma del gas. Los datos de consumo se aplican para calcular el coeficiente de difusión de gas en sólidos.
Desde ladécada de los 80´s el gas natural ha sido considerado como un desafío para el combustible líquido. La tecnología ANG (Adsorbed Natural Gas), basada en la adsorción del gas natural en materiales porosos a bajas presiones relativamente (3.5-4 MPa) y temperatura ambiente, se prefiere con respecto a LNG (Liquid Natual Gas) y CNG (Compressed Natural Gas).
El carbón activado se prefiere para estosprocesos debido al alto volumen que presenta en sus poros.
“”En este trabajo, una configuración se ha diseñado para medir la isoterma de datos y el coeficiente de difusión de metano sobre carbono activado por el método volumétrico. un modelo matemático preciso se presenta para calcular los datos de absorción. los resultados del modelo y los experimentos se comparan””
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MODELO TEÓRICO
En esteestudio se presenta un modelo matemático para calcular los datos de adsorción de gas en adsorbentes microporosos. En el modelo se considera la resistencia a la difusión en adsorbentes microporosos. La siguiente ecuación fue escrita para la dirección axial en el lecho:

Con las siguientes condiciones iniciales y de frontera:

En el lecho el metano está en dos secciones, en el espacio entrepartículas adsorbentes (C) y el metano adsorbido en los poros de carbón activado (¯q). Al lado izquierdo de la ecuación se presenta una expresión para la variación total de la masa del gas dentro del recipiente en función del tiempo. Los parámetros (u) y (s) mostrados en la ecuación (1) son porosidad del lecho, velocidad del gas y densidad en el lecho.
Para calcular la media de metano adsorbido, laecuación de difusión en la particula adsorbente se escribe en coordenadas esféricas.

ECUACION DE DIFUSION EN PARTICULA ESFERICA
El carbón activado tiene un alto volumen en los microporos y la adsorción del gas ocurre en dichos poros principalmente. Así que, en este estudio la difusión en el interior de la partícula (esféricas y cilíndricas) es aplicada para calcular la cantidad de gas adsorbido.En la superficie externa de la partícula la relación de equilibrio de Langmuir es aplicada entre la presión del gas y el gas adsorbido en la superficie del adsorbente.

En esta ecuación “r” es el radio de la partícula; Deff es la difusividad efectiva del metano en carbón activado que se calcula a partir de experimentos. El metano adsorbido (q), que está en función del tiempo y el radio de lapartícula, se obtiene resolviendo la ecuación anterior con las condiciones iniciales y de frontera adecuadas.
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Para obtener los datos de adsorción en el sistema en cada tipo de partícula adsorbente, eq. 2 se utiliza y soluciones analíticas de estas ecuaciones se presentan a continuación:

Donde Mt es el total de masa de la especie difundida y adsorbida en la partícula al tiempo t, yM8 es el total de masa adsorbida. Por tanto, Mt/M8 es la fracción expresada para el equilibrio.
Al 70% de captación un gráfico de ln(1-Mt/M8) contra t debe ser lineal con pendiente –ð2Deff/r2p.

EXPERIMENTO
Materiales: Dos tipos de carbón activado granular con microporos, PK y AC con 1.5 mm de diámetro en promedio de partícula. Metano y helio con una pureza de 99.5% en volumen.
Condiciones deoperación: 3.5 MPa y temperatura ambiental.
Aparatos: 1 recipiente cilíndrico, 1 celda de carga, sensores de temperatura y presión en escalas de 0.01 K y 0.01 bar respectivamente, 1 válvula de control de presión y 1 bomba de vacío. Los datos de presión y temperatura son medidos y enviados a una computadora para grabarlos a cada segundo. Los volúmenes del recipiente y la celda de carga son...