Pressure Drop in a Packed Bed under Nonadsorbing and Adsorbing Conditions

Abstract

Simulation of cyclic adsorption processes for gas separations relies on accurate models of the bed pressure drop during dynamic pressurization, depressurization, and breakthrough steps. This is especially true for rapid pressure swing adsorption (RPSA), where large gas flows can cause significant changes in the axial pressure gradient through the bed, influencing process performance. Under these conditions, there is some question as to the validity of conventional steady-state models used to represent the dynamic, rapidly changing pressures. In this study, the ability of the steady-state Ergun equation to represent pressure drop under dynamic adsorbing and nonadsorbing conditions was tested. The Ergun equation accurately reproduced dynamic depressurization and breakthrough pressure profiles using values of κ viscous and κ kinetic (the two Ergun parameters) determined experimentally from the steady-state flow of a variety of gases through a packed bed of LiLSX pellets. The full momentum equation was also tested, and errors of <0.1% were observed between the Ergun equation and the full momentum balance under dynamic conditions for a nonadsorbing packed bed. These observations and simulations suggest the Ergun equation can be reliably used to reproduce experimental profiles under dynamic adsorbing conditions where high gas flows result.

Numerical study of flow maldistribution and depressurization strategies in a small-scale axial adsorber

“…Gas separation is achieved in the alternate loops between the adsorbers. Several researchers (Ruthven 1984;Vortmeyer and Michael 1985;Gouvalias and Markatos 1993;Kwapinski et al 2004;Todd and Webley 2005) pointed out that axial and radial gas distributions have important roles in the performance of adsorbers. Bad flow distribution can lead to poor product quality, feedstock loss, and excessive energy consumption (Gouvalias and Markatos 1993).…”

“…Bad flow distribution can lead to poor product quality, feedstock loss, and excessive energy consumption (Gouvalias and Markatos 1993). In addition, high local velocity can lead to sorbent fluidization, which causes particle attrition and pulverization (Ruthven 1984;Todd and Webley 2005), which, in turn, result in the formation of fragments and fines. Maldistribution and fluidization can decrease the separation performance of an adsorber.…”

Change of Equivalent Layer Porosity of Pellets Along the Length of Burning Conveyor Machine

“…Также при помощи математи-ческих моделей исследовалось падение давления пото-ка в плотном слое по высоте и радиусу [2 - 4] и газо-динамика псевдоожиженного состояния частиц [5 - 7]. Определенного интереса заслуживают работы авторов, исследующих на математических моделях газодина-мику трехфазных потоков [8], охлаждение слоя окаты-шей [9,10], а также падение давления в плотном слое, осложненное процессами адсорбции и десорбции [11].Большое влияние на газодинамическое сопротивле-ние слоя оказывает его порозность, под которой пони-мают отношение объема пустот слоя к общему объему слоя и которая по ходу обжига может уменьшаться на 20 - 30 %. Сама порозность слоя зависит от фракцион-ного состава окатышей, способа их загрузки и других факторов.…”

“…Также при помощи математи-ческих моделей исследовалось падение давления пото-ка в плотном слое по высоте и радиусу [2 - 4] и газо-динамика псевдоожиженного состояния частиц [5 - 7]. Определенного интереса заслуживают работы авторов, исследующих на математических моделях газодина-мику трехфазных потоков [8], охлаждение слоя окаты-шей [9,10], а также падение давления в плотном слое, осложненное процессами адсорбции и десорбции [11].…”

“…С точностью до ±3 % в диапазоне Re сл = 50 - 5000 те же результаты дает формула (11) Если же воспользоваться формулой [18] то Ниже сделана попытка изучить закономерности из-менения порозности слоя окатышей по длине обжиго-вой машины конвейерного типа. Как уже отмечалось, на структуру слоя окатышей оказывает влияние большое количество факторов, учесть которые по отдельности не представляется возможным, а можно оценить толь-ко их совокупное действие.…”