吸附法净化有机废气模拟与实验研究

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1、硕士学位论文摘要挥发性有机废气的治理是环境保护的热点问题，目前，普遍采用活性炭吸附法净化有机废气。本文在分析了有机废气处理技术现状的基础上，着重对吸附和变压吸附方法处理有机废气的理论和实验方面进行了研究。研究内容可分为4部分：活性炭吸附性能模拟研究、固定床吸附及吹扫过程模拟研究、变压吸附的吸附过程模拟研究、变压吸附净化有机废气实验研究。本文采用用微孔填充理论研究了活性炭C40/4对丙酮、甲苯、二氯甲烷有机气体的吸附性能，测试了该活性炭对3种有机气体在不同温度下(288.15,293.15，298.15Ｋ)的吸附

2、结果。用D-R方程处理了实验数据，建立了3种有机气体在活性炭C40/4上的等温吸附模型，并将实验测试值与理论预测值进行了比较。结果表明：微孔填充理论及D-R方程可很好地描述活性炭C40/4对有机气体的吸附性能；理论预测值与实验测试值的平均相对误差小于3%。有机气体分压较高时，由于发生毛细凝聚，理论预测值较实验测试值偏低。通过较少的吸附等温线数据准确预测其它温度范围内的等温线是很有实际意义的。利用298.15K和288.15K条件下丙酮，甲苯，二氯甲烷在活性碳C40/4上的吸附等温线，根据Clausius-lap

3、eyron公式计算了等量吸附热，利用等量吸附热预测了293.15K条件下有机气体在活性碳C40/4上吸附等温线，预测值与实验值吻合较好。同时，利用文献数据计算等量吸附热预测了丙酮的吸附等温线数据，用吸附热预测的等温线与文献值同样吻合。用吸附热预测不同温度的等温线仅需两温度下的吸附等温线数据，这为获得有机气体在活性炭上吸附的吸附数据提供了一条新的途径。采用数学模拟与实验相结合的方法研究了固定床吸附及常压吹扫过程床层中浓度的分布规律。在常温下，以活性炭C40/4为吸附剂对丙酮废气进行常压吸附和脱附实验，测定了固定床

4、吸附器的穿透及吹扫脱附曲线。建立了物质守恒，吸附平衡以及LDF数学模型，应用差分方法借助FORTRAN语言编程对模型进行了数值解。通过模型与实验的比较得到了该体系的总传质系数，利用数学模型考察了吸附及常压吹扫过程固定床内浓度分布的动态行为以及浓度，温度，空塔速度等参数对床层浓度分布的影响。结果表明：固定床吸附过程中，进气浓度越高，温度越高，空塔速度越大，吸附柱就越快被穿透，采用建立的模型可以预测吸附柱的穿透，具有很高的应用价值；常压吹扫过程后期，传质区中丙酮的气相浓度大致呈直线分布；增大脱附时的空塔速度对于处于

5、活性炭吸附中心与活性炭结合紧密的丙酮的脱附效果不明显。在常温下，以活性炭C40/4为吸附剂采用两床四步骤变压吸附过程对丙酮废气进行净化和回收，待变压吸附过程稳定以后测定了吸附柱内气相浓度分布。建立了物质守恒，吸附平衡以及LDF数学模型，应用差分方法借助化学工程商业软件ATHENAVIUALI吸附法净化有机废气模拟与实验研究WORKBENCH对模型进行了数值解，数值计算结果与实验结果很好地相吻合。利用该模型考察了吸附柱内浓度分布的动态行为以及轴向扩散系数，传质系数，温度，空塔气速等参数对浓度分布的影响，结果表明：

6、在研究所采用的条件下，变压吸附的吸附过程中该体系有效扩散系数由分子自由扩散和微孔中分子knudsen扩散所组成，约为3.6×10－4-1s；轴向扩散对PSA常压吸附过程的浓度分布影响较小；较小的温度变化对浓度分布曲线的形状基本无影响，只会使浓度分布曲线左右移动。以活性炭CAN-230为吸附剂，采用两塔、四步骤变压吸附过程对甲苯、二甲苯混合气体进行了处理，考察了脱附压力，湿度等因素对处理效果的影响，甲苯、二甲苯之间的相互影响以及装填吸附剂的饱和程度对处理效率的影响。结果表明：采用常压吸附，真空脱附的变压吸附过程处

7、理甲苯、二甲苯二组分废气时，脱附压力不宜高于0.03MPa；相对湿度在50%以下时，对处理效果的影响不大，当相对湿度大于60%时，水蒸汽对有机气体的吸附有很强的抑制作用，净化气的浓度随湿度增大而增大；甲苯、二甲苯之间存在竞争吸附，进气中一种物质浓度的增大会使得另一种物质在净化气中的浓度升高；变压吸附过程稳定以后吸附柱装填的活性炭的饱和程度对处理效率没有影响。关键词：活性炭；挥发性有机化和物；吸附；变压吸附；微孔填充；传质系数-II-硕士学位论文AbstractControlthevolatileorganicc

8、ompounds(VOCs)isahottopicintheenvironmentalprotection.Rightnow,adsorptionprocessuseactivatedcarbonasadsorbentiswidelyadoptedtoabatevolatileorganiccompoundsfromexhaustgas.Thisdissertationstudiest