真空脫附和變壓吸附處理?yè)]發(fā)性有機(jī)氣體的實(shí)驗(yàn)研究及其過(guò)程模擬.pdf

1、變壓吸附為目前處理回收揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要方法之一。本文針對(duì)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(jiǎn)化處理的難點(diǎn)--真空脫附階段。研究?jī)?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(duì)丙酮活性炭上真空脫附過(guò)程中的傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬；真空變壓吸附多組分有機(jī)氣體的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。 首先，為探討脫附過(guò)程中傳熱傳質(zhì)耦合影響規(guī)律，采用線性驅(qū)動(dòng)力和Langmiur吸附平衡模型，通過(guò)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(guò)程中傳熱與傳質(zhì)之間的影響，發(fā)現(xiàn)在脫附過(guò)程中由于其溫度變化較小，因此傳熱對(duì)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?。挥捎谖絼┪⒖變?nèi)的毛細(xì)管現(xiàn)象作用和脫附過(guò)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(gè)階段。由于溫度的變化對(duì)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(duì)于濃度變化率影響。通過(guò)對(duì)吸附等溫線的分析發(fā)現(xiàn)吸附量

3、對(duì)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(guò)程中分段求取傳質(zhì)系數(shù)和軸向擴(kuò)散系數(shù)可以使數(shù)值計(jì)算結(jié)果很好的與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合；對(duì)于同一初始吸附容量，脫附時(shí)丙酮分壓越大其傳質(zhì)系數(shù)k越大；軸向擴(kuò)散系數(shù)在真空脫附時(shí)不宜省略。 其次，實(shí)驗(yàn)研究了兩床真空變壓吸附甲苯和丙酮混合蒸氣過(guò)程的傳熱和傳質(zhì)情況，討論了平衡狀態(tài)時(shí)濃度和溫度隨時(shí)間和床層方向的變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在吸附床的后半部分濃度隨時(shí)間的變化不是單調(diào)遞減，有可能

4、隨著脫附時(shí)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(duì)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(shí)濃度的變化規(guī)律及在床層中的分布。采用該模型對(duì)變壓吸附的操作時(shí)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(shí)間各為5s，吹掃時(shí)間為10s時(shí)，當(dāng)吸附時(shí)長(zhǎng)為300s，最佳脫附時(shí)間為155s，此時(shí)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