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Dimensionering van de Uniqfill chemischer wasser met lamellen

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TL = 0.01; // Afstand tussen Lamellen (m)

NL = 200 ; // Aantal Lamellen (-)

HL = 2 ; // Hoogte Lamellen (m)

LL = 0.5 ; // Lengte Lamellen (m)

DL = 0.005; // Dikte Lamellen (m)

WF = 4.1667e-4; // Waterflow (m3/sec)

GF = 8.3 ; // Gasflow (m3/sec)

NY = 200 ; // Aantal cellen hoog (-)

NX = 100 ; // Aantal cellen lang (-)

GasIN = 9.26e-4; // Concentratie NH3 instromend gas (mol/m3)

pHinit = 4 ; // pH instromend water

Temp = 15 ; // Temperatuur

ka = 6.05e-7; // zuurconstante NH4plus bij 15 graden (mol/m3)

km = 0.000031; // mass transfer constante (m/sec)

Henry = 1791.7; // Henry constante volgens hashimoto et albij T=15 graden

dt = 0.001; // Tijdstapje (sec)

n = 10000; // Aantal berekeningen (-)

var

NLK : integer; // Aantal lamelkanten (-)

WFLK : real; // Waterflow per lamelkant (m3/sec)

GFLK : real; // Gasflow per lamelkant (m3/sec)

H : real; // Celhoogte (m)

L : real; // Cellengte (m)

WCelV : real; // Celvolume waterkant (m3)

GCelV : real; // Celvolume gaskant (m3)

A : real; // Uitwisselend oppervlak per cel (m2)

WFC : real; // Waterflow per cel (m3/sec)

GFC : real; // Gasflow per cel (m3/sec)

VW : real; // Verversingsfactor volumeflow/volume cel water (-)

VG : real; // Verversingsfactor gasflow/volume cel gas (-)

WNuit : real; // Uitflow van molen uit de wasser in de waterfase (mol)

GNCuit : real; // Uitflow van NH3 uit de wasser in de gasfase (mol/m3)

step,i,j :integer; // tellers

GNH3 : array[0..(NX+1) , 0..(NY+1)] of double; // concentratie NH3 gasfase (mol/m3)

WN : array[0..(NX+1) , 0..(NY+1)] of double; // molen N in de waterfase (mol)

WNH3 : array[0..(NX+1) , 0..(NY+1)] of double; // concentratie NH3 waterfase (mol/m3)

WNH4 : array[0..(NX+1) , 0..(NY+1)] of double; // concentratie NH4 waterfase (mol/m3)

WHplus : array[0..(NX+1) , 0..(NY+1)] of double; // concentratie H+ waterfase (mol/m3)

Transfer : array[0..NX , 0..NY] of double; // transferred ammonia per cel(mol)

begin

// Per lamelkant basisgrootheden H := HL/NY; L := LL/NX; A := H*L; NLK := 2*NL; WFLK:= WF/NLK; GFLK:= GF/NLK; WFC := WFLK/NX; GFC := GFLK/NY; WCelV:= 0.5*DL*A; GCelV:= 0.5*TL*A; VW := (WFC*dt)/WCelV;

(18)

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VG := (GFC*dt)/GCelV;

writeln('Celhoogte = ',H:8:8,' (m)');

writeln('Cellengte = ',L:8:8,' (m)');

writeln('Uitw.oppervlak = ',A:8:8,' (m2)');

writeln('WCelvolume = ',WCelV:8:8,' (m3)');

writeln('GCelvolume = ',GCelV:8:8,' (m3)');

writeln('Waterflow Cel = ',WFC:8:8,' (m3/sec)');

writeln('Gasflow Cel = ',GFC:8:8,' (m3/sec)');

writeln('Verversing water= ',VW:8:8,' (-)');

writeln('Verversing gas = ',VG:8:8,' (-)');

// Initieren van de gas en waterfase met lege waarden

for i:= 0to NX+1do begin for j:= 0to NY+1do begin GNH3[i,j]:=0; WNH3[i,j]:=0; WNH4[i,j]:=0;

WHplus[i,j]:=exp(-pHinit*ln(10))*1000; // let op: x 1000, want mol/m3

end;

end;

// Initieren van de gas instroom

for j:= 1to NY do

begin

GNH3[0,j] := GasIN;

end;

// Initieren van de waterstroom

for i:= 1to NX do WNH4[i,0] := 0;

for i:=1to NX do // bereken WN (mol) voor elke cel

begin

for j:=0to (NY+1) do WN[i,j]:= ( WNH3[i,j]+WNH4[i,j] )*WCelV;

end;

WNuit:=0;

GNCuit:=0;

writeln;

// MAIN calculation loop

// ---

for step:= 1to n do

begin

// Print tussenresultaten

writeln('===== Step ',step,' ===== In: gas=',GasIN*GFLK,'mol/sec ==== Uit: water=',

WNuit*WFLK/(WCelV*NX),' mol/sec gas=',GNCuit*GFLK,' mol/sec ==== Rendement=',

100-(GNCuit/GasIN*100):4:4,'% ===='); writeln('WNH4 [1, 0]=',WNH4[1,0],' [20, 0]=',WNH4[20,0],' [40, 0]=',WNH4[40,0],' [60, 0]=', WNH4[60,0],' [80, 0]=',WNH4[80,0],' [100, 0]=',WNH4[100,0]); writeln('WNH4 [1, 1]=',WNH4[1,1],' [20, 1]=',WNH4[20,1],' [40, 1]=',WNH4[40,1],' [60, 1]=', WNH4[60,1],' [80, 1]=',WNH4[80,1],' [100, 1]=',WNH4[100,1]); for j:= 1to5do writeln('WNH4 [1,',(j*20):3,']=',WNH4[1,(j*20)],' [20,',(j*20):3,']=',WNH4[20,(j*20)], ' [40,',(j*20):3,']=',WNH4[40,(j*20)],' [60,',(j*20):3,']=',WNH4[60,(j*20)],' [80,',(j*20):3,']=', WNH4[80,(j*20)],' [100,',(j*20):3,']=',WNH4[100,(j*20)]); writeln(''); writeln('GNH3 [0, 0]=',GNH3[0,0],' [1, 0]=',GNH3[1,0],' [20, 0]=',GNH3[20,0],' [40, 0]=',GNH3[40,0], ' [60, 0]=',GNH3[60,0],' [80, 0]=',GNH3[80,0],' [100, 0]=',GNH3[100,0],' [101, 0]=' ,GNH3[101,0]); writeln('GNH3 [0, 1]=',GNH3[0,1],' [1, 1]=',GNH3[1,1],' [20, 1]=',GNH3[20,1],' [40, 1]=',GNH3[40,1], ' [60, 1]=',GNH3[60,1],' [80, 1]=',GNH3[80,1],' [100, 1]=',GNH3[100,1],' [101, 1]=' ,GNH3[101,1]); for j:= 1to5do writeln('GNH3 [0,',(j*20):3,']=',GNH3[0,(j*20)],' [1,',(j*20):3,']=',GNH3[1,(j*20)],

(19)

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// transport water naar beneden met WNH3, WNH4 en WHplus nieuw uitrekenen

for i:=1to NX do begin

for j:= NY+1downto1do

begin

WN[i,j]:=WN[i,j] - (VW*WN[i,j]) + (VW*WN[i,(j-1)]); // stikstof doorstroom

WHplus[i,j]:=WHplus[i,j] - (VW*WHplus[i,j]) + (VW*WHplus[i,(j-1)]); // Hplus doorstroom

WNH4[i,j]:= WN[i,j]/( WCelV*(1 + (1/ (1+ (WHplus[i,j]/ka) )))); // herverdeling NH4

WNH3[i,j]:= (WN[i,j]/WCelV) - WNH4[i,j]; // herverdeling NH3

end;

end;

// Calculatie wasser uitflow (mol waterfase)

WNuit:=0;

for i:=1to nx do WNuit:=WNuit+WN[i,(ny+1)];

// Transport gas in gasrichting en bereken de nieuwe GNH3

for j:= 1to NY do

begin

for i:= nx+1downto1do GNH3[i,j]:=GNH3[i,j]-(VG*GNH3[i,j])+(VG*GNH3[i-1,j]);

end;

// Calculatie wasser uitflow (mol gasfase)

GNCuit:=0;

for j:=1to NY do GNCuit:=GNCuit+GNH3[(NX+1),j];

GNCuit:=GNCuit/NY;

// Mass transfer uitrekenen en berekenen nieuwe gas en waterfase pH wordt constant genomen

for i:=1to nx do begin

for j:= 1to ny do

begin

transfer[i,j]:=km*A*dt*( (Henry*GNH3[i,j]) - (ka*WNH4[i,j]/WHplus[i,j]) ); // aantal molen transfer

GNH3[i,j]:=GNH3[i,j]-(transfer[i,j]/GCelV); // nieuwe gasconc.

WN[i,j]:=WN[i,j]+transfer[i,j]; // nieuwe totale N in waterkant cel

WNH4[i,j]:=WN[i,j]/WCelV*(1- (ka/(WHPlus[i,j]+ka))); // nieuwe verdeling NH3 NH4plus

WNH3[i,j]:=(WN[i,j]/WCelV)-WNH4[i,j];

end;

end;

end; // Einde main loop van berekeningen

Referenties

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