Estudo numérico de colunas de adsorção de leito fixo

Abstract

Resumo: Com a crescente poluição ambiental, a busca por novas técnicas para diminuir a poluição gerada pelas indústrias vem ganhando espaço, como no tratamento dos efluentes têxteis e poluentes gasosos. Essas indústrias buscam processos que não afetem a qualidade do produto e, principalmente, seu custo, assim, a técnica de adsorção em leito fixo vem sendo amplamente empregada, por ser uma técnica consolidada, viável economicamente e de fácil operação. Para a implantação em escala piloto ou industrial ou mesmo validar os resultados experimentais, a utilização da modelagem matemática se destaca, pois utiliza de modelos matemáticos capazes de predizer de forma analítica os resultados e com grande precisão, além disto, dispõe-se de métodos numéricos capazes de resolver problemas cada vez mais complexos. Esse trabalho estudou dois casos disponíveis na literatura de adsorção física, em meios líquidos e gasosos com carvão ativado como adsorvente para simular o comportamento fluidodinâmico e hidrodinâmico. As simulações foram realizadas utilizando o software comercial COMSOL Multiphysics que aplica o método dos elementos finitos - MEF, para a resolução de equações diferenciais parciais. O COMSOL permite ao usuário criar e resolver equações diferenciais parciais sem o desenvolvimento de programas especializados ou habilidades numéricas. Para a resolução das simulações dividiu-se em três partes: pré-processamento, processamento e pós procesamento. Pré-processamento defini-se pela construção da geometria, definição das condições de contorno, equações que serão utilizadas e escolha da malha e seu refino e o número de iterações. O processamento é a resolução das equações diferenciais parciais pelo MEF e o pósprocessamento é a forma gráfica na qual o software disponibiliza os resultados. Através dos modelos matemáticos da lei de Darcy e transportes de espécies em meios porosos, conseguiu-se simular o ponto de saturação do leito, assim obtendo a curva de ruptura para os meios líquidos e gasosos. As simulações conseguiram representar os resultados experimentais das curvas de rupturas, porém com o início do tempo de ruptura do leito inferior ao esperado de acordo com o experimental. Observou-se nas simulações a grande influência do coeficiente de dispersão mecânica, sobre a inclinação da curva de ruptura, afetando o ponto de ruptura e exaustão do leito. Um outro parâmetro que influênciou o comportamento na saturação do leito foi o modelo da isoterma de adsorção. Na isoterma de Langmuir observou-se uma influência predominante da capacidade máxima de adsorção.