吸附及變壓吸附分離回收丙酮蒸氣的數(shù)學(xué)模擬.pdf

1、揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）的治理與控制技術(shù)是目前環(huán)保業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。吸附法由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)易、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，目前普遍被采用于VOCs的凈化處理。 本文以VOCs中的丙酮蒸氣作為研究對(duì)象，采用吸附/脫附及變壓吸附法分離并回收丙酮-空氣混合氣體中的丙酮蒸氣。實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容主要分為兩個(gè)部分：操作參數(shù)（如丙酮蒸氣的進(jìn)料濃度、吸附/脫附過(guò)程的操作溫度、脫附壓力）對(duì)吸附/脫附分離回收丙酮蒸氣柱內(nèi)溫度及濃度動(dòng)態(tài)行為的影響；變壓吸附分

2、離回收丙酮蒸氣的溫度變化分析。結(jié)果表明：吸附和脫附濃度曲線的斜率受進(jìn)料濃度的影響，進(jìn)料濃度越大，濃度曲線的斜率越大；在不同吸附/脫附溫度條件下的吸附和脫附濃度曲線的形狀不變，只是隨溫度的變化左右平移；吸附劑平衡吸附量與吸附壓力有關(guān)，在真空脫附條件下，真空度越小，脫附曲線越陡峭；在低壓情況下由于毛細(xì)凝結(jié)現(xiàn)象，脫附曲線會(huì)出現(xiàn)維持；不同柱內(nèi)位置的溫度曲線隨著時(shí)間的變化在吸附和脫附階段呈正態(tài)分布；變壓吸附過(guò)程中，在吸附階段有效傳熱系數(shù)越小的溫度

3、上升速率越大，在脫附階段有效傳熱系數(shù)越大的溫度下降速率越大。 文章根據(jù)吸附數(shù)學(xué)模型的發(fā)展，從影響吸附及變壓吸附過(guò)程性能的主要因素和數(shù)值計(jì)算方法的簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性出發(fā)，建立了吸附及變壓吸附的數(shù)學(xué)模型。模型包括：流體流動(dòng)模型采用軸向分散活塞流模型；用微孔填充理論的D-R方程表征氣固相間的吸附平衡；線性推動(dòng)力模型（LDF）表示氣固相之間的傳質(zhì)；考慮吸附過(guò)程的熱效應(yīng)；采用Clausius-lapeyron公式計(jì)算了等量吸附熱；采用Kris

4、ta S.Walton的Cpa計(jì)算式計(jì)算被吸附相的熱熔；偏微分方程組離散方法采用有限差分法，數(shù)學(xué)模型利用Athena visual workbench進(jìn)行求解。本文采用的模型考慮了軸向分散、熱效應(yīng)、傳質(zhì)阻力等諸多影響過(guò)程性能的重要因素，接近真實(shí)情況，所用的離散方法簡(jiǎn)單，收斂快，求解程序界面友好。 文章應(yīng)用提出的數(shù)學(xué)模型和采用數(shù)值計(jì)算方法模擬了吸附/脫附及變壓吸附過(guò)程分離回收丙酮蒸氣的過(guò)程。模擬了在吸附/脫附過(guò)程中，進(jìn)料濃度、吸

5、附/脫附溫度及脫附壓力操作條件變化下的柱內(nèi)動(dòng)態(tài)變化；模擬了變壓吸附條件下穩(wěn)定和非穩(wěn)定狀態(tài)下溫度的動(dòng)態(tài)變化。該模型能夠擴(kuò)展用于吸附及變壓吸附分離回收揮發(fā)性有機(jī)廢氣過(guò)程的模擬。 本文通過(guò)對(duì)吸附和變壓吸附分離回收丙酮有機(jī)廢氣的實(shí)驗(yàn)及數(shù)學(xué)模擬研究，對(duì)于認(rèn)識(shí)吸附和變壓吸附過(guò)程操作條件對(duì)過(guò)程性能的影響和溫度組成的動(dòng)態(tài)變化十分有效，對(duì)于指導(dǎo)試驗(yàn)工作、進(jìn)行過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要意義，為進(jìn)一步模擬多組分有機(jī)廢氣吸附分離的工業(yè)PSA過(guò)程打下基礎(chǔ)。