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)的一個研究熱點(diǎn)。吸附法由于具有設(shè)備簡單、操作簡易、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)驗研究內(nèi)容主要分為兩個部分：操作參數(shù)（如丙酮蒸氣的進(jìn)料濃度、吸附/脫附過程的操作溫度、脫附壓力）對吸附/脫附分離回收丙酮蒸氣柱內(nèi)溫度及濃度動態(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，脫附曲線會出現(xiàn)維持；不同柱內(nèi)位置的溫度曲線隨著時間的變化在吸附和脫附階段呈正態(tài)分布；變壓吸附過程中，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程性能的主要因素和數(shù)值計算方法的簡單、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；線性推動力模型（LDF）表示氣固相之間的傳質(zhì)；考慮吸附過程的熱效應(yīng)；采用Clausius-lapeyron公式計算了等量吸附熱；采用Kris

4、ta S.Walton的Cpa計算式計算被吸附相的熱熔；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)阻力等諸多影響過程性能的重要因素，接近真實(shí)情況，所用的離散方法簡單，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)值計算方法模擬了吸附/脫附及變壓吸附過程分離回收丙酮蒸氣的過程。模擬了在吸附/脫附過程中，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)廢氣過程的模擬。 本文通過對吸附和變壓吸附分離回收丙酮有機(jī)廢氣的實(shí)驗及數(shù)學(xué)模擬研究，對于認(rèn)識吸附和變壓吸附過程操作條件對過程性能的影響和溫度組成的動態(tài)變化十分有效，對于指導(dǎo)試驗工作、進(jìn)行過程的優(yōu)化設(shè)計有著重要意義，為進(jìn)一步模擬多組分有機(jī)廢氣吸附分離的工業(yè)PSA過程打下基礎(chǔ)。