Validation on of local thermal equilibrium and uniform pressure assumptions for an isobaric adsorption process in an adsorbent bed

Abstract

The aim of the present study is to investigate the validation of the local thermal equilibrium and uniform pressure approach assumptions employed for analyzing heat and mass transfer in the adsorbent beds. An experimental setup consists of an adsorbent bed filled with silica gel particles and a water vessel was designed and constructed such way to measure the local temperature and pressure in different locations inside the bed during the adsorption process. Moreover, the heat and mass transfer equations based on uniform pressure approach and local thermal equilibrium assumptions were solved. The numerical results were compared with the corresponding experimental results and excellent agreement between them was observed. Based on the performed comparisons, two significant remarks for the studied bed were concluded, a) a local thermal equilibrium between solid and water vapor exists, b) the interparticle mass transfer resistance in the bed is negligible and the uniform pressure approach for determination of concentration and temperature distributions inside the bed can be used. Furthermore, the presented experimental results in this study provide valuable data for validation of computational studies for other researchers.

Bu çalışmanın amacı, adsorbent yatakta ısı ve kütle transferini analiz etmek için kullanılan yerel ısıl denge ve sabit basınç yaklaşımı varsayımların geçerliliğini araştırmaktır. İçerisinde silika jel partikülleri içeren bir yatak ile su kabı olan bir deney düzeneği tasarlanmış ve adsorpsiyon sürecinde yatağın içinde farklı yerlerde yerel sıcaklık ve basınç ölçülmüştür. Ayrıca, sabit basınç yaklaşımı ve yerel ısıl denge varsayımlara dayalı ısı ve kütle transferi denklemleri çözülmüştür. Sayısal sonuçlar, ilgili deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve aralarında oldukça iyi bir uyum tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen karşılaştırmaya dayanarak, incelenen yatak için iki önemli sonuç şu şekildedir: a) katı madde ve su buharı arasında yerel ısıl denge bulunmaktadır, b) bir yatak içinde parçacıklar arası kütle transferi direnci ihmal edilebilir düzeyde olup konsantrasyonunun ve sıcaklığın belirlenmesi için sabit basınç yaklaşımı geçerlidir. Ayrıca, bu çalışmada sunulan deneysel sonuçlar diğer araştırmacıların sayısal çalışmalarının geçerliliğini doğtulamak için değerli veriler sağlayacaktır.