Ανάπτυξη μοντέλου χημικής απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα σε υδατικό διάλυμα ανθρακικού καλίου σε στήλη απορρόφησης με πληρωτικό υλικό - Ζυγουράκης, Νικόλαος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων, 2016)
Τα τελευταία χρόνια η παγκόσμια συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται ολοένα και περισσότερο, γεγονός που συμβάλλει σημαντικά στην όξυνση του φαινομένου της κλιματικής αλλαγής. Την ίδια στιγμή το μεγαλύτερο μέρος της ενεργειακής κατανάλωσης του πλανήτη καλύπτεται κυρίως από ορυκτά καύσιμα, οι ποσότητες των οποίων είναι περιορισμένες. Κατά συνέπεια έχει αναπτυχθεί έντονο ενδιαφέρον τόσο για την εξεύρεση τεχνολογιών μείωσης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, όσο και για την παραγωγή καυσίμων, υποκατάστατων των ορυκτών. Η δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα συμβάλλει σημαντικά στην ανάπτυξη και των δυο φαινομένων. Η εμπορικότερη μέθοδος για δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα είναι η χημική απορρόφησή του με υδατικά διαλύματα αμινών, ανθρακικού καλίου, αμμωνίας κ.α. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η μοντελοποίηση της διεργασίας της χημικής απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα με υδατικό διάλυμα ανθρακικού καλίου από αέριο σύνθεσης που εξέρχεται από αεριοποιητή, με στόχο την παραγωγή υποκατάστατου φυσικού αερίου. Για την προσομοίωση της διεργασίας αναπτύσσονται διαγράμματα ροής με χρήση του λογισμικού Aspen Plus ®. Αρχικά, αναπτύσσεται θερμοδυναμικό μοντέλο ισορροπίας φάσεων του συστήματος H2O-K2CO3-CO2, το οποίο συγκρίνεται με τα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα, ώστε να προσδιορισθεί η σύσταση των δυο φάσεων που έρχονται σε επαφή, κάτι που είναι σημαντικό για την ορθή περιγραφή της διεργασίας της χημικής απορρόφησης. Στη συνέχεια πραγματοποιείται σύγκριση του θερμοδυναμικού μοντέλου, με το μοντέλο ισορροπίας φάσεων της πειραματικής μονάδας του Εργαστηρίου Ατμοκινητήρων και Λεβήτων του Ε.Μ.Π., ώστε να επιβεβαιωθεί η εγκυρότητα του αναπτυχθέντος μοντέλου, αλλά και των προγενέστερων πειραμάτων. Κατά την ανάπτυξη του αρχικού θερμοδυναμικού μοντέλου τροποποιούνται κατάλληλα ορισμένες παράμετροι των βιβλιοθηκών του λογισμικού και εξάγονται αποτελέσματα τόσο για τις προεπιλεγμένες, όσο και για τις τροποποιημένες τιμές και εξετάζονται οι διαφορές τους. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια της χρήσης του λογισμικού Aspen Plus ® πραγματοποιούνται αναλύσεις ευαισθησίας, μεταβάλλοντας λειτουργικές παραμέτρους της διεργασίας, ώστε να διαπιστωθεί η επίδρασή τους. Κατά την προσομοίωση της διεργασίας αναπτύσσονται δυο μοντέλα, το μοντέλο ισορροπίας και το μοντέλο ρυθμού, όπου συμπεριλαμβάνονται φαινόμενα μεταφοράς μάζας και πραγματοποιείται σύγκριση μεταξύ τους. Αφού πραγματοποιηθούν οι αναλύσεις ευαισθησίας, στο αναπτυχθέν μοντέλο χημικής απορρόφησης εισάγονται δεδομένα πιλοτικής εγκατάστασης και τα εξαγόμενα αποτελέσματα συγκρίνονται με τα διαθέσιμα πραγματικά. Στόχος της σύγκρισης αυτής είναι η εξακρίβωση της ορθότητας του μοντέλου χημικής απορρόφησης που δημιουργήθηκε.