Biyomoleküllerin dolgulu yataklı kolonlarda adsorpsiyonunun genel hız tabanlı modellenmesi: Tek ve çok komponentli deneysel sonuçların model çıktılarıya karşılaştırılması
General rate based modeling of adsorption of biomolecules in packed-bed columns: Comparision of single and multicomponent experimental results with model outcomes
Yazar: SEMA KOÇUM
Danışman: PROF. DR. AHMET RIFAT ÖZDURAL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption

Özet:
Bu tez kapsamında, sabit yataklı adsorpsiyon kolonlarında denge dışı modelleme yaklaşımı kullanılarak farklı kolon işletim koşullarında film ve tanecik içi kütle aktarım katsayılarının tayini için yeni bir yöntem önerilmiş ve dolgulu kolonlarda çok komponentli adsorpsiyon işlemlerine uygulanmıştır. Bu sayede gerçek durumu temsil eden, diğer bir deyişle adsorpsiyon kolonlarında kaçınılmaz olarak ortaya çıkan denge dışı koşulları yansıtan matematiksel bir modele dayalı çözümleme neticesinde kütle aktarım dirençlerinin daha güvenilir şekilde belirlenmesi hedeflenmiştir. Genel hız modelinin sayısal olarak çözümüne yönelik farklı ve hızlı bir algoritma kullanılarak breakthrough eğrilerinin simülasyonu yapılmış ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak homojen partikül difüzyon katsayısı Ds tespit edilmiştir. Böylece, endüstriyel açıdan önemli bir değerlendirme ve hesaplama yöntemi oluşturulmuştur.Kullanılan modelin diğer bir avantajı kısmi türevlerle ifade edilen kolon ve tanecik eşitlikleri ile Langmuir izoterminin birleştirerek tek denkleme indirgemesi ve çözümü için sonlu farklar tekniğine dayalı sayısal yöntemler kullanmasıdır. Simülasyon sırasında Runge-Kutta algoritmasının kullanılması ile de matematiksel olarak çözüm basitleştirilmiştir. Denklemlerinin sayısal çözümünde kararlılık (stability) ve sönüm (convergence) problemlerinin önüne geçmek için kapalı (implicit) teknik kullanılmıştır.

Abstract:
In this thesis, a new method is proposed for the packed-bed adsorption columns to determine the film and particle mass transfer coefficients by using non-equilibrium modeling approach under the different operating conditions. This method is applied for the multi-component adsorption proses at packed-bed adsorption columns. The scope of this work is to determine the mass transfer resistances more accurately using a mathematical modeling via non-equilibrium approach reflecting the real, observed process conditions in fixed bed columns. Breakthrough curves are simulated by using the solution of the general rate model in a fast and different way. The model outcomes is compared with the experimental results and homogeneous diffusion coefficient is detemined. Therefore, an important evaluation and calculation method was developed to obtain the industrially important design parameters.Another advantage of the model used is to combine partial differential equations of column and particle with Langmuir isotherm, reducing them to a single equation and to be solved numerically by the method of finite differences. Mathematical solution methodology is simplified by using the Runge-Kutta algorithm for the simulations. Solving the equations numerically implicit method has been used so as to prevent the problems such as instability and convergence.