Influence of process parameters on the dual-reflux pressure swing adsorption process' performance

In this thesis work a study was carried out on gas separation processes that exploit adsorption on solids and pressure variation, generally known as PSA processes. In particular, the DR-PSA configuration (Dual-Reflux Pressure Swing Adsorption) has been considered. According to an analysis of the existing literature, four possible configurations of the DRPSA process have been identified, each of which is characterized by different pressure conditions in the feed column and by the component used to perform the pressure swing. In this work, a comparative evaluation of the four configurations was carried out using a detailed model of the process. In particular, the impact of a key parameter, the pressure ratio, on separation performance (purity of both products) has been evaluated. For this study a detailed numerical model was used, suitably modified to be applicable to all process configurations. Moreover, this model has been validated both by comparison with experimental data and by comparing the results of the model with a semi-analytical solution based on equilibrium theory and complete separation conditions.

In questo lavoro di tesi è stato condotto uno studio su processi di separazione di gas che sfruttano l’adsorbimento su solidi e la variazione di pressione, generalmente noti come processi PSA. In particolare, la configurazione DR-PSA (Dual-Reflux Pressure Swing Adsorption) è stata considerata. Secondo un’analisi della letteratura esistente quattro possibili configurazioni del processo DRPSA sono state identificate, ciascuna delle quali è caratterizzata da diverse condizioni di pressione nella colonna di alimentazione e dal componente utilizzato per eseguire la variazione di pressione. In questo lavoro, è stata effettuata una valutazione comparativa delle quattro configurazioni utilizzando un modello dettagliato del processo. In particolare, è stato valutato l'impatto di un parametro chiave, il rapporto di pressione, sulle prestazioni di separazione (purezza di entrambi i prodotti). Per questo studio è stato utilizzato un modello numerico dettagliato, opportunamente modificato per essere applicabile a tutte le configurazioni di processo. Inoltre, tale modello è stato validato sia tramite un confronto con dati sperimentali che confrontando i risultati del modello con una soluzione semi-analitica basata sulla teoria dell'equilibrio e condizioni di separazione complete.