Simulating and dimensioning an NH3 adsorber for decentralized production
(2024) KETM05 20241Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- Adsorption is an important separation technique in chemical engineering, capable of achieving a high purity of product. As it is also capable of concentrating even very low concentrations it was investigated as a possible method to concentrate the product of an ammonia plasma reactor in the EU DARE2X project. As the development of adsorption systems is expensive and time consuming, a simulation of the system could decrease the length of the development phase greatly. In collaboration with the research team at Hulteberg Chemistry & Engineering AB, an in-house simulation program was created to tackle the problem of dimensioning and investigating the adsorption system of ammonia. This was done using the coding language Python along with... (More)
- Adsorption is an important separation technique in chemical engineering, capable of achieving a high purity of product. As it is also capable of concentrating even very low concentrations it was investigated as a possible method to concentrate the product of an ammonia plasma reactor in the EU DARE2X project. As the development of adsorption systems is expensive and time consuming, a simulation of the system could decrease the length of the development phase greatly. In collaboration with the research team at Hulteberg Chemistry & Engineering AB, an in-house simulation program was created to tackle the problem of dimensioning and investigating the adsorption system of ammonia. This was done using the coding language Python along with experimental testing. The resulting program is capable of simulating a complete NH3 adsorption process of the user's choice by selecting the appropriate settings and parameters. Additionally, it is also capable of optimizing a process parameter such as length of column, using inputs of a desired result in order to help dimension the column during upscaling. Parameters can be determined either experimentally or by a separate calibration script. The final simulation shows a good adaptation to experimental data but is highly dependent on correct parameter input and accurate calibration in order to replicate actual data. However, general behavior of the system is simulated very well along with being versatile in the type and size of process the user wants to simulate. This greatly aids in understanding unknown systems, without the need of extensive experimental testing. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Med hjälp av programmeringsspråket python samt matematiska samband kan separation av ammoniak och kvävgas via adsorption simuleras på en dator. Detta har stor potential till att skynda på samt vägleda utvecklingen för den adsorbörenhet som i slutändan ska kunna separera ren ammoniak i ett delsteg av en större process.
Precis som med den större delen av forskning, kan utveckling av nya processer och tillvägagångssätt vara både extremt tidskrävande och kostsamma. Det är huvudsakligen detta som bidragit till en allt större mängd digitalisering av världens industri samt gjort att simuleringar och design med hjälp av datorer blivit allt vanligare. Tyvärr begränsas dock ofta användningen av sådana program, bland annat genom hög kostnad eller... (More) - Med hjälp av programmeringsspråket python samt matematiska samband kan separation av ammoniak och kvävgas via adsorption simuleras på en dator. Detta har stor potential till att skynda på samt vägleda utvecklingen för den adsorbörenhet som i slutändan ska kunna separera ren ammoniak i ett delsteg av en större process.
Precis som med den större delen av forskning, kan utveckling av nya processer och tillvägagångssätt vara både extremt tidskrävande och kostsamma. Det är huvudsakligen detta som bidragit till en allt större mängd digitalisering av världens industri samt gjort att simuleringar och design med hjälp av datorer blivit allt vanligare. Tyvärr begränsas dock ofta användningen av sådana program, bland annat genom hög kostnad eller på annat sätt begränsad tillgänglighet. Samtidigt som ökningen av digitalisering sker har även miljömedvetenhet ökat och bidragit till en mängd nya tänkbara processer. En av dessa är framställning av ammoniak av kvävgas och vätgas från elektrolys, till skillnad från dagens väte som oftast har fossilt ursprung. Dock behöver bildad ammoniak separeras från överblivna gaser och därav krävs ett separerings-steg.
Den uttänkta processen för separering av kväve och skapad ammoniak är menad att använda sig av ett adsorptionssystem. Det är egentligen bara en eller flera tuber med packat material som binder sig till en av komponenterna men ej den andra. Utveckling av ett sådant system kan dock visa sig vara besvärligt och kan bestå av flera iterativa experiment och tester. För att underlätta utvecklingen har ett simuleringsprogram i python skapats som examensarbete i samarbete med företaget Hulteberg Chemistry & Engineering AB samt EU-projektet DARE2X. Programmets huvudfunktion är att kunna simulera ett bestämt system givet av användaren, eller utforma och dimensionera en adsorbörenhet utifrån ett behov eller angivna specifikationer. Utifrån ett fåtal parametrar och inställningar simulerar programmet en förutsägelse över resultatet eller storleken som behövs på enheten. Detta visas genom ett par grafer som genereras, samt fält med nödvändig information som exempelvis tider för olika händelser.
Det färdiga programmet går snabbt att köra och ger en bra passning till verklig experimentell data, givet att korrekta parametrar har använts. Detta gör det mycket enklare att kunna testa idéer utan att nödvändigtvis göra ett helt experimentellt försök. Även om användningsområdet för arbetet har varit mycket specifikt kan programmet, i teorin med ett fåtal ändringar, vara mer flexibelt för olika adsorptionssystem. I kombination med hur lätt det är att använda, blir det ett kraftfullt verktyg till att förverkliga framtidens kemiteknik. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9178447
- author
- Kock, Wiktor LU
- supervisor
- organization
- course
- KETM05 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Adsorbtion, Simulation, Digitalisation, Ammonia, python, Chemical Engineering, PSA, TSA, DARE2X, GUI, Program
- language
- English
- id
- 9178447
- date added to LUP
- 2025-01-27 16:26:07
- date last changed
- 2025-01-27 16:26:07
@misc{9178447,
abstract = {{Adsorption is an important separation technique in chemical engineering, capable of achieving a high purity of product. As it is also capable of concentrating even very low concentrations it was investigated as a possible method to concentrate the product of an ammonia plasma reactor in the EU DARE2X project. As the development of adsorption systems is expensive and time consuming, a simulation of the system could decrease the length of the development phase greatly. In collaboration with the research team at Hulteberg Chemistry & Engineering AB, an in-house simulation program was created to tackle the problem of dimensioning and investigating the adsorption system of ammonia. This was done using the coding language Python along with experimental testing. The resulting program is capable of simulating a complete NH3 adsorption process of the user's choice by selecting the appropriate settings and parameters. Additionally, it is also capable of optimizing a process parameter such as length of column, using inputs of a desired result in order to help dimension the column during upscaling. Parameters can be determined either experimentally or by a separate calibration script. The final simulation shows a good adaptation to experimental data but is highly dependent on correct parameter input and accurate calibration in order to replicate actual data. However, general behavior of the system is simulated very well along with being versatile in the type and size of process the user wants to simulate. This greatly aids in understanding unknown systems, without the need of extensive experimental testing.}},
author = {{Kock, Wiktor}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Simulating and dimensioning an NH3 adsorber for decentralized production}},
year = {{2024}},
}