High-performance computing technologies of modeling and identification of adsorption in nanoporous systems with feedbacks for gas purification

Розглянуто високоефективні обчислювальні технології моделювання та ідентифікації адсорбції в нанопористих системах зі зворотними зв'язками для очищення газу. Моделювання кінетики адсорбції газу в мікропористому адсорбенті та відповідної регенерації опирається на використання математичної моделі, що включає баланс маси й тепла. Аналітичні розв’язки проблеми неізотермічної адсорбції та десорбції ґрунтуються на операційному методі Гевісайда й інтегральних перетвореннях Лапласа, але запропонована методика обчислень є новою. Представлено експериментальні та модельні розподіли вологи й температури газу на вході та виході шару адсорбента для кожної фази адсорбції – десорбції в різні часові інтервали. Визначено розподіл вологи в межах шару для повного циклу зневоднення – регенерації. Проведені дослідження підтвердили ефективність технології «адсорбція- десорбція» для очищення природного газу, що використовується в якості палива в екстремальних кліматичних умовах. Після кожного циклу сушіння залишковий вміст вологи в газі нижче максимально допустимого значення. Варіювання вологи газу на виході з колони регенерації відображає кінетику внутрішньої десорбції вологи та вказує, що процес регенерації характеризується двома специфічними періодами: нагріванням адсорбента й регенерацією періоду. Далі спостерігається вища й стабільніша температура, яка постійно піднімається. Розв’язок запропонованої математичної моделі процесу адсорбції газу на пористому твердому тілі та його регенерації базується на оригінальному алгоритмі, розробленому з використанням операційного методу Гевісайда та інтегральних перетворень Лапласа. Ця високоефективна обчислювальна технологія моделювання й ідентифікації адсорбції в нанопористих системах зі зворотними зв'язками може слугувати основою для багатьох застосувань, що стосуються подібного типу процесів очищення в обмеженому середовищі.