吸附法凈化有機(jī)廢氣模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理是環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)問(wèn)題，目前，普遍采用活性炭吸附法凈化有機(jī)廢氣。本文在分析了有機(jī)廢氣處理技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，著重對(duì)吸附和變壓吸附方法處理有機(jī)廢氣的理論和實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了研究。研究?jī)?nèi)容可分為4部分：活性炭吸附性能模擬研究、固定床吸附及吹掃過(guò)程模擬研究、變壓吸附的吸附過(guò)程模擬研究、變壓吸附凈化有機(jī)廢氣實(shí)驗(yàn)研究。 本文采用用微孔填充理論研究了活性炭C40/4對(duì)丙酮、甲苯、二氯甲烷有機(jī)氣體的吸附性能，測(cè)試了該活性炭對(duì)3種有

2、機(jī)氣體在不同溫度下(288.15, 293 .15，298.15Ｋ)的吸附結(jié)果。用D-R方程處理了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了3種有機(jī)氣體在活性炭C40/4上的等溫吸附模型，并將實(shí)驗(yàn)測(cè)試值與理論預(yù)測(cè)值進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：微孔填充理論及D-R方程可很好地描述活性炭C40/4對(duì)有機(jī)氣體的吸附性能；理論預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值的平均相對(duì)誤差小于3％。有機(jī)氣體分壓較高時(shí)，由于發(fā)生毛細(xì)凝聚，理論預(yù)測(cè)值較實(shí)驗(yàn)測(cè)試值偏低。 通過(guò)較少的吸附等溫線數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其

3、它溫度范圍內(nèi)的等溫線是很有實(shí)際意義的。利用298.15K和288.15K條件下丙酮，甲苯，二氯甲烷在活性碳C40/4上的吸附等溫線，根據(jù)Clausius-lapeyron公式計(jì)算了等量吸附熱，利用等量吸附熱預(yù)測(cè)了293.15K條件下有機(jī)氣體在活性碳C40/4上吸附等溫線，預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。同時(shí)，利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算等量吸附熱預(yù)測(cè)了丙酮的吸附等溫線數(shù)據(jù)，用吸附熱預(yù)測(cè)的等溫線與文獻(xiàn)值同樣吻合。用吸附熱預(yù)測(cè)不同溫度的等溫線僅需兩溫度下的吸附

4、等溫線數(shù)據(jù)，這為獲得有機(jī)氣體在活性炭上吸附的吸附數(shù)據(jù)提供了一條新的途徑。 采用數(shù)學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了固定床吸附及常壓吹掃過(guò)程床層中濃度的分布規(guī)律。在常溫下，以活性炭C40/4為吸附劑對(duì)丙酮廢氣進(jìn)行常壓吸附和脫附實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了固定床吸附器的穿透及吹掃脫附曲線。建立了物質(zhì)守恒，吸附平衡以及LDF數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用差分方法借助FORTRAN語(yǔ)言編程對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值解。通過(guò)模型與實(shí)驗(yàn)的比較得到了該體系的總傳質(zhì)系數(shù)，利用數(shù)學(xué)模型考察了

5、吸附及常壓吹掃過(guò)程固定床內(nèi)濃度分布的動(dòng)態(tài)行為以及濃度，溫度，空塔速度等參數(shù)對(duì)床層濃度分布的影響。結(jié)果表明：固定床吸附過(guò)程中，進(jìn)氣濃度越高，溫度越高，空塔速度越大，吸附柱就越快被穿透，采用建立的模型可以預(yù)測(cè)吸附柱的穿透，具有很高的應(yīng)用價(jià)值；常壓吹掃過(guò)程后期，傳質(zhì)區(qū)中丙酮的氣相濃度大致呈直線分布；增大脫附時(shí)的空塔速度對(duì)于處于活性炭吸附中心與活性炭結(jié)合緊密的丙酮的脫附效果不明顯。 在常溫下，以活性炭C40/4為吸附劑采用兩床四步驟變壓

6、吸附過(guò)程對(duì)丙酮廢氣進(jìn)行凈化和回收，待變壓吸附過(guò)程穩(wěn)定以后測(cè)定了吸附柱內(nèi)氣相濃度分布。建立了物質(zhì)守恒，吸附平衡以及LDF數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用差分方法借助化學(xué)工程商業(yè)軟件ATHENA VIUAL WORKBENCH對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值解，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地相吻合。利用該模型考察了吸附柱內(nèi)濃度分布的動(dòng)態(tài)行為以及軸向擴(kuò)散系數(shù)，傳質(zhì)系數(shù)，溫度，空塔氣速等參數(shù)對(duì)濃度分布的影響，結(jié)果表明：在研究所采用的條件下，變壓吸附的吸附過(guò)程中該體系有效擴(kuò)散系數(shù)由

7、分子自由擴(kuò)散和微孔中分子knudsen擴(kuò)散所組成，約為3.6×10－4s-1；軸向擴(kuò)散對(duì)PSA常壓吸附過(guò)程的濃度分布影響較小；較小的溫度變化對(duì)濃度分布曲線的形狀基本無(wú)影響，只會(huì)使?jié)舛确植记€左右移動(dòng)。 以活性炭CAN-230為吸附劑，采用兩塔、四步驟變壓吸附過(guò)程對(duì)甲苯、二甲苯混合氣體進(jìn)行了處理，考察了脫附壓力，濕度等因素對(duì)處理效果的影響，甲苯、二甲苯之間的相互影響以及裝填吸附劑的飽和程度對(duì)處理效率的影響。結(jié)果表明：采用常壓吸附，