真空脫附和變壓吸附處理揮發(fā)性有機氣體的實驗研究及其過程模擬.pdf

1、變壓吸附為目前處理回收揮發(fā)性有機化合物的主要方法之一。本文針對其中的真空變壓吸附進(jìn)行了研究，側(cè)重于以往研究中常簡化處理的難點--真空脫附階段。研究內(nèi)容主要有兩部分：建立脫附傳熱傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，分析其中傳熱傳質(zhì)的耦合作用，對丙酮活性炭上真空脫附過程中的傳質(zhì)過程進(jìn)行數(shù)值模擬；真空變壓吸附多組分有機氣體的實驗研究和數(shù)值模擬。 首先，為探討脫附過程中傳熱傳質(zhì)耦合影響規(guī)律，采用線性驅(qū)動力和Langmiur吸附平衡模型，通過質(zhì)量和能量守恒

2、原理建立脫附的傳熱傳質(zhì)模型，從理論上分析脫附脫附過程中傳熱與傳質(zhì)之間的影響，發(fā)現(xiàn)在脫附過程中由于其溫度變化較小，因此傳熱對傳質(zhì)的影響不大。脫附真空度越大，脫附初始吸附容量越大，但脫附速率相應(yīng)變??；由于吸附劑微孔內(nèi)的毛細(xì)管現(xiàn)象作用和脫附過程中的傳熱傳質(zhì)耦合影響，脫附濃度曲線表現(xiàn)出真空濃縮區(qū)、快速衰減區(qū)和緩慢衰減區(qū)三個階段。由于溫度的變化對傳質(zhì)系數(shù)影響不大，耦合影響的傳質(zhì)系數(shù)主要受吸附量相對于濃度變化率影響。通過對吸附等溫線的分析發(fā)現(xiàn)吸附量

3、對濃度的變化率在低濃度區(qū)和高濃度區(qū)雖然相差較大但分別近似線形。因此在模擬過程中分段求取傳質(zhì)系數(shù)和軸向擴散系數(shù)可以使數(shù)值計算結(jié)果很好的與實驗數(shù)據(jù)吻合；對于同一初始吸附容量，脫附時丙酮分壓越大其傳質(zhì)系數(shù)k越大；軸向擴散系數(shù)在真空脫附時不宜省略。 其次，實驗研究了兩床真空變壓吸附甲苯和丙酮混合蒸氣過程的傳熱和傳質(zhì)情況，討論了平衡狀態(tài)時濃度和溫度隨時間和床層方向的變化規(guī)律，實驗發(fā)現(xiàn)在吸附床的后半部分濃度隨時間的變化不是單調(diào)遞減，有可能

4、隨著脫附時間的增加而有所維持甚至反彈。采用的傳熱傳質(zhì)耦合模型對吸附床的前半段模擬結(jié)果較好，模擬分析了穩(wěn)定狀態(tài)時濃度的變化規(guī)律及在床層中的分布。采用該模型對變壓吸附的操作時間進(jìn)行了優(yōu)化：21.5℃下，丙酮和甲苯的吸附進(jìn)氣濃度分別為58.478g/m3和18.014g/m3，均壓升和均壓降時間各為5s，吹掃時間為10s時，當(dāng)吸附時長為300s，最佳脫附時間為155s，此時丙酮的C脫附/C吸附進(jìn)氣為5.53，C凈化/C吸附進(jìn)氣為0.10；甲苯