Determinación del Coeficiente de Difusión Efectiva en la Adsorción de

Metano en Carbón Activado.

PRESENTA:ISAÍ ROMERO PÉREZ

8 DE NOVIEMBRE 2012

UNIVERSIDAD DE SONORADEPTO. DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA

OPERACIONES UNITARIAS II

Del artículo Original:

World Applied Sciences Journal 17 (9): 1109-1114, 2012ISSN 1818-4952© IDOSI Publications, 2012

Determination of Effective Diffusion Coefficient ofMethane Adsorption on Activated Carbon

Corresponding Author: Alireza Azimi, Chemical Engineering Department, Islamic Azad University, Mahshahr Branch, Mahshahr, Iran.

Contenido• Introducción• Modelo Teórico• Experimentación• Procedimiento• Resultados y Discusión• Conclusiones

INTRODUCCIÓN

Los sólidos microporosos son ampliamente usados en procesos de adsorción de gas. Para describirlos es necesaria la determinación de datos cinéticos y de la isoterma del gas.

Los datos de consumo se utilizan para calcular el coeficiente de difusión de gas en sólidos.

El carbón activado se prefiere para estos procesos debido al alto volumen que presenta en sus poros.

MODELO TEÓRICO

• En este estudio 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 entre partículas adsorbentes (C) y el metano adsorbido en los poros de carbón activado (¯q).

Al lado izquierdo de la ecuación anterios se presenta una expresión para la variación total de la masa del gas dentro del recipiente en función del tiempo.

• Para calcular el metano adsorbido, la ecuación de difusión en la partícula adsorbente se escribe en coordenadas esféricas.

En este estudio la difusión en el interior de la partícula (esféricas y cilíndricas) es aplicada para calcular la cantidad de gas adsorbido.

Para obtener los datos de adsorción en cada tipo de partícula adsorbente, se utiliza la eq.2 y en seguida se presentan soluciones analíticas de estas ecuaciones:

Donde Mt es masa de la especie difundida y adsorbida en la partícula al tiempo t, y M8 es el total de masa adsorbida. Por tanto, Mt/M8 es la fracción expresada para el equilibrio.

EXPERIMENTACIÓN

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 de Operación:3.5 MPa y temperatura ambiente.

Equipos

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 200cc y 1710cc respectivamente.

PROCEDIMIENTO

Isoterma de Adsorción

Los datos de las isotermas de adsorción fueron determinados por medio de un método volumétrico.

La cantidad de metano adsorbido en carbón activado fue calculado con la siguiente expresión:

La ecuación de Peng-Robinson se usó para evaluar el factor de compresibilidad:

Las isotermas de adsorción se trazaron de la cantidad adsorbida de metano (Q) frente a la presión inicial de dos carbonos activados. La cada capacidad de almacenamiento para carbón activado puede ser determinado de la siguiente manera:

Cinética de Adsorción

El coeficiente de difusión efectiva de metano en carbón activado se determinó a partir de los datos de adsorción.

Los datos de temperatura y la presión de la celda de carga fueron grabados y en cada segundo la cantidad de metano adsorbido se calculó a partir de esos datos utilizando la siguiente ecuación:

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los datos calculados de adsorción de metano en equilibrio en PKN y ACM se muestran en la Fig.2. Fueron trazados de acuerdo a una forma linealizada de la ecuación de Langmuir. Los datos obtenidos de los experimentos encajan bastante bien en una recta.La figura. 3 muestra las isotermas de equilibrio (puntos) obtenidas experimentalmente en comparación con cada ecuación de Langmuir con parámetros ajustados.

La figura. 3 muestra las isotermas de equilibrio obtenidas experimentalmente en comparación con cada ecuación de Langmuir con parámetros ajustados.

En la fig. 4, ln (1-Mt / M8) se ha representado gráficamente en función de t para ACM y PKN. Los coeficientes de difusión efectiva de metano en los dos carbones activados se determinaron a partir de la pendiente de la recta.

Las propiedades físicas y parámetros del modelo de entrada se muestran en la Tabla. 3.

• La figura 5 muestra el buen ajuste que hay entre los resultados del modelo y los datos experimentales para dos carbones activados con diferentes propiedades:

CONCLUSIONES

Al inicio del proceso la adsorción es alta y entonces decrece hasta que finalmente alcanza un valor máximo. Esta tendencia se ha logrado en los dos carbones, pero para ACM el valor máximo se alcanza después de un largo tiempo. Esto puede deberse al alto volumen de microporo de este carbón.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN