Adsorptioprosessien dynaaminen mallintaminen kiintopetikolonneissa

Abstract

Teollisen mittakaavan adsorptioprosessit toteutetaan yleensä pakkaamalla adsorbentti kolonniin, jonka läpi käsiteltävä virta ohjataan. Tällaisia kiintopetikolonneja hyödynnetään laajasti useilla eri teollisuudenaloilla, ja niitä käytetään paljon erilaisten virtojen, kuten esimerkiksi jätevesien puhdistustarkoituksiin. Prosessi on periaatteeltaan yksinkertainen, mutta suunnitteluun ja optimointiin vaadittavan riittävän tarkan prosessimallin laatiminen puolestaan on usein haastavaa.

Yleensä puhtaasti teoriaan pohjautuvan mallin laatiminen on käytännössä mahdotonta tai vähintäänkin epäkäytännöllistä, jolloin usein joudutaan turvautumaan empiirisempään lähestymistapaan. Tämän kandidaatintutkielman pääasiallisena fokuksena on esitellä käytetyimpien semi-empiiristen ja empiiristen dynaamisten mallien sisältöä ja taustoja. Aiheen taustoittamiseksi tutkielmassa käsitellään yleisellä tasolla myös adsorption teoriaa, kiintopetikolonnien toimintaperiaatetta ja läpäisykuvaajien tulkintaa. Lisäksi tutkielmaan on koottu esimerkkejä tyypillisistä tutkimusartikkeleista, joiden avulla pyritään antamaan lukijalle jonkinlainen yleiskäsitys tavallisimmista kokeelliseen työhön ja mallinnukseen liittyvistä käytänteistä sekä alan tutkimuksen nykytilanteesta.

Työtä tehdessä törmättiin myös muutamiin kirjallisuuteen melko laajallekin levinneisiin epäkohtiin, joita myös käsitellään tutkielmassa. Nämä epäkohdat ovat hyvä muistutus siitä, että myös tällaisten luonteeltaan empiirisempien mallien kohdalla on tärkeää ymmärtää, miten mallin matemaattiseen muotoon on alun perin päädytty. Oikein käytettynä tällaiset yksinkertaiset mallit tarjoavat kuitenkin tehokkaan ja suoraviivaisen tavan päästä käsiksi tutkittavan kiintopetikolonnisysteemin läpäisykuvaajan matemaattiseen muotoon, jota voidaan sitten käyttää suunnittelutyön apuna esimerkiksi prosessin mitoituksessa ja optimiolosuhteiden etsimisessä.