用CFD通过混合矩阵膜 (MMM) 估计气体捕获的参数
Ali A Abdulabbas1, Thamer J Mohammed2, Tahseen A Al-Hattab3
1Department of Chemical Engineering and Petroleum Industries, Al-Amarah University College, Maysan, Iraq.
PloS one
|May 13, 2025
概括
这项研究使用混合矩阵膜 (MMM) 来模拟从天然气中捕获的二氧化碳 (CO2). 计算流体动力学 (CFD) 模型准确预测MMM性能,显示与实验数据的偏差小于5%.
科学领域:
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 环境科学 环境科学
背景情况:
- 温室气体排放,特别是二氧化碳 (CO2),推动了气候变化.
- 有效的二氧化碳捕获技术对于减轻人类对环境的影响至关重要.
- 混合矩阵膜 (MMM) 为气体分离应用提供了一个有前途的方法.
研究的目的:
- 开发和验证3D计算流体动力学 (CFD) 模型,用于预测混合矩阵膜 (MMM) 在从天然气 (NG) 捕获二氧化碳 (CO2) 的性能.
- 用综合人工神经网络 (ANN) 和CFD方法估计关键的膜参数,如透率和扩散系数.
- 评估操作变量对通过MMM透CO2的影响.
主要方法:
- 利用COMSOL 6.1中的计算流体动力学 (CFD) 模拟来模拟由菲克定律和纳维埃-斯托克斯方程规范的气体运输.
- 集成了一个在MATLAB R2021a中开发的人工神经网络 (ANN),并使用CFD模拟来估计膜特性.
- 尽量减少实验和模拟透度之间的二次误差 (SSE) 的总和,以改进模型参数.
主要成果:
- 集成的ANN-CFD模型成功估计了MMM参数,预测了各种气体对的性能.
- 操作变量,如二氧化碳度和料压力直接影响气体透,而温度没有明显的影响.
- 开发的CFD模型表现出高准确度,与气体分离中的MMM实验数据的偏差不到5%.
结论:
- 经过验证的CFD模型为预测天然气二氧化碳捕获MMM性能提供了可靠的工具.
- 该研究强调了操作参数对膜分离效率的重大影响.
- 这项研究有助于推进有效的二氧化碳捕获技术,以减轻环境污染.
