吸附过程强化对提升高温热泵蒸汽生成性能的影响

在基于直接接触换热法的开式吸附热泵系统中,引入预吸附过程或预设传质通道,考察其对蒸汽生成和系统性能的影响。实验结果表明,预吸附蒸汽压力为0.0680 MPa(饱和温度=89.2℃),系统生成高温蒸汽的平均温度为203℃,系统整体温升为98.4℃,相对于无预吸附系统,生成蒸汽的时间和质量分别增加52.2%和27.0%,系统制热系数和制热功率分别提升28.2%和27.2%。预置树枝状传质通道后,生成蒸汽的时间和质量分别增加了17.8%和8.75%,系统制热系数和制热功率分别提升8.16%和9.05%。预吸附过程使吸附床较快达到整体吸附和热力平衡,缩短蒸汽到达床层出口的时间。预吸附压力越高,系统到达整体吸附平衡的用时越短,蒸汽生成时间越早。传质通道促进吸附床局部平衡的达成,减小局部传质阻力,使部分蒸汽可迅速到达出口。整体和局部吸附平衡的快速达成,均强化了蒸汽的动态生成过程,提升系统整体性能。     

蜂窝状水凝胶吸附床传热传质特性数值模拟及验证

对PAM-LiCl水凝胶复合吸附剂进行了吸附特性实验研究,基于D-A方程拟合其特性曲线,建立了该凝胶蜂窝吸附床的三维数学模型,用COMSOL软件完成了吸附床干燥/湿润工况下的动态吸/脱附过程模拟,结合实验完成该数学模型的验证,最终实现吸附床结构的优化。研究表明,蜂窝结构大幅提升了吸附床的吸/脱附性能。吸附速率与蜂窝传质通道的孔隙度呈正相关;总吸水量先增大后减小,当孔隙度为20%时,总吸水量最大。吸附床的吸附量随吸附床厚度的增大而降低。当空气流速低于3.6 m/s时,提高空气流速能显著增强吸附床的吸附性能。蜂窝吸附床解吸性能良好,在60℃ & RH10%的热空气中可实现完全解吸。     

吸附过程强化对提升高温热泵蒸汽生成性能的影响

在基于直接接触换热法的开式吸附热泵系统中,引入预吸附过程或预设传质通道,考察其对蒸汽生成和系统性能的影响。实验结果表明,预吸附蒸汽压力为0.0680 MPa(饱和温度=89.2℃),系统生成高温蒸汽的平均温度为203℃,系统整体温升为98.4℃,相对于无预吸附系统,生成蒸汽的时间和质量分别增加52.2%和27.0%,系统制热系数和制热功率分别提升28.2%和27.2%。预置树枝状传质通道后,生成蒸汽的时间和质量分别增加了17.8%和8.75%,系统制热系数和制热功率分别提升8.16%和9.05%。预吸附过程使吸附床较快达到整体吸附和热力平衡,缩短蒸汽到达床层出口的时间。预吸附压力越高,系统到达整体吸附平衡的用时越短,蒸汽生成时间越早。传质通道促进吸附床局部平衡的达成,减小局部传质阻力,使部分蒸汽可迅速到达出口。整体和局部吸附平衡的快速达成,均强化了蒸汽的动态生成过程,提升系统整体性能。     

烷烃中少量芳烃的模拟移动床吸附及模拟

在实验研究烷烃中少量芳烃的模拟移动床吸附动态过程及其条件的基础上 ,用模拟移动床吸附模型进行了模型化拟合计算 ,传质采用线性推动力模型 ,得出轴向扩散系数和总传质系数。结果表明 :模拟移动床吸附动态模型的计算值与实验值相符 ;用吸附动态模型计算得出的轴向扩散系数与由关联式计算出的值相一致 ,且与流速成正比 ;总传质系数随着进料流量的增加而增大 ;区域 和区域 中 ,总传质系数随着温度和质量分数的升高而逐渐增大。区域 和区域 中 ,总传质系数随着温度的升高和质量分数的降低而逐渐减小。在低流量下 ,区域 和区域 中的总传质系数远比区域 和区域 中的总传质系数小。以上实验与计算结果为在直链烷基苯的生产过程中 ,降低循环烷烃中芳构化物的含量 ,实现延长脱氢催化剂的寿命提供了技术基础。     

吸附床在封闭气流循环中的除湿传质动力学研究

用硅胶和4A分子筛吸附剂进行气流封闭循环实验,对吸附床的除湿传质动力学进行了研究。由湿度随时间的微分规律拟合了吸附床的除湿传质系数与吸附剂表面平衡湿度。除湿传质系数主要受操作条件的影响而随吸附剂种类变化不大,表明吸附床的除湿过程主要受外扩散控制。在层流状态下,吸附床的除湿传质系数随雷诺数近似线性增大。     

竹炭对碱性品红的吸附性能研究

研究了竹炭对碱性品红染料的吸附性能,考察了竹炭用量、竹炭粒径、吸附时间、pH值、温度和染料浓度等因素对吸附效果的影响。实验结果表明,脱色率随着竹炭用量的增加而增大,竹炭粒径的减小而增加,用200~300目竹炭处理25 mg/L的碱性品红溶液,当加入量为4 g/L时,吸附平衡时间为10 h,脱色率为90.1%;在不改变碱性品红结构的pH范围内(pH<9),脱色率均大于74%;溶液温度升高,脱色率增大,但随着染料浓度增加,温度对脱色率的影响越来越小;Langmuir等温方程比Freundlich等温方程更适合于描述竹炭对碱性品红的吸附行为。     

碱处理Beta分子筛吸附脱硫动力学

当吸附质尺寸与分子筛的孔结构尺寸相当时才能进入分子筛的内部,分子筛的孔道尺寸是影响吸附性能的重要因素之一,NaOH溶液处理可实现分子筛孔径的调变,以改善分子筛对吸附质的选择性和扩散传质能力。通过对碱处理后的Beta分子筛进行BET、TEM、FT-IR、XRD和NH₃-TPD表征,以考察碱处理对Beta分子筛晶体结构、表面酸性和孔结构参数的影响。碱处理Beta分子筛吸附脱硫的结果显示,碱处理后Beta分子筛吸附量和吸附速率明显增加,尤其动力学尺寸较大的二苯并噻吩吸附量达到了5.06 mg·g^-1。吸附动力学研究显示,该吸附过程符合准二级动力学方程,碱处理后分子筛吸附速率常数和粒子内扩散速率常数明显增大,有效地改善了硫化合物在孔道内扩散传质性能,脱硫效率增加。     

硅胶粒径对太阳能吸附制冷系统性能的影响

针对以硅胶-水为工质对的太阳能吸附式制冷系统,实验研究了不同粒径的硅胶材料对吸附床传热传质特性及系统制冷能力的影响。三组对比实验的硅胶材料平均粒径分别为1mm、3mm和5mm,在太阳辐射接近的条件下完成实验测试,结果表明粒径中等的硅胶材料表现最优,其制冷系数COP和按照循环周期定义的比制冷功率SCP2均最高。小粒径材料虽然使吸附剂填充量有所增加,但是会导致吸附床轴向传质阻力增加,影响其末端吸附能力的发挥。而材料的粒径过大,则会降低吸附床的吸附剂填充量及其传热性能,从而导致预热脱附和冷却过程的时间延长,不利于系统的制冷性能改善。实验结果表明,吸附剂粒径是影响太阳能吸附式制冷系统工作性能的一个重要因素,在系统设计中需要给予重视。     

颗粒直径对吸附分离影响的数值模拟

基于Fluent的多孔介质模型,建立了变压吸附制氧发生器的立式填充床模型。采用用户自定义函数功能,以反映吸附传质、传热,并将多孔介质单相模型整合为更精确的气固两相耦合模型。在此基础上,模拟了吸附颗粒直径对气相压力、速度、床层压降以及氧气分离浓度、回收率等参数的影响情况。结果表明：床层压降随颗粒直径的增大而减小;床层对入口急流的抗穿透性能随颗粒直径的增大而减小;相同条件下,采用较小颗粒直径能够提高氧气分离浓度、回收率,原因在于小颗粒直径降低了床层内气体的流速,增加了吸附时间,促进了吸附的进行。     

强碱性苯乙烯系树脂对水中苯酚的吸附研究

以201×7强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂对水中苯酚进行吸附性能研究。详细研究了吸附体系中溶液的pH值、苯酚的起始浓度、树脂的投加量对吸附的影响,并将平衡数据用Langmuir和Freundlich方程进行对比分析。结果表明,吸附量随pH增大而增大,pH≥7时吸附量趋于恒定达到最大值;吸附量随着苯酚起始浓度的增大而降低,苯酚去除率随着树脂投加量的增加而增大;吸附过程更符合Langmuir模型。     

结构化5A分子筛吸附床结构及工艺参数对N2/H2吸附性能的影响

利用吸附等温线获得动力学参数,建立了CFD模型,模拟了氢气/氮气在结构化5A分子筛吸附床中的吸附过程,研究了吸附剂层片间距、吸附剂厚度等结构参数和吸附压力、进气流量等工艺参数对混合气吸附效果的影响。结果表明：减小层片间距和吸附剂厚度可显著提高传质系数和床层利用率。增大吸附压力可提高床层利用率,但会减小传质系数。进气流量对传质系数的影响不明显,但当流量较大时,吸附容量和床层利用率均呈减小趋势。结构化5A分子筛吸附剂吸附性能良好。     

流化床用树脂基球形活性炭及其VOCs吸附性能

以聚苯乙烯树脂为原料,采用水蒸气活化、氯化锌活化及水蒸气?氯化锌协同活化方法制备了3种流化床用树脂基球形活性炭,采用固定床反应器考察了活性炭对乙酸乙酯的动态吸附行为,对比了其传质区长度,并利用Yoon?Nelson模型对实验数据进行了拟合. 结果表明,3种活性炭的摩擦磨损指数均小于0.1%,耐磨性能出色,物理、化学协同活化活性炭比表面积高达1702.49 m2/g,对二甲苯的静态吸附容量达0.86 g/g.     

基于多功能热管的高效吸附式制冰机组回质回热实验研究

设计了一种基于多功能热管的高效吸附式制冰机组，采用氯化钙/活性炭复合吸附剂和氨作为吸附工质对。吸附床的加热解吸、冷却吸附及回热过程均由热管工作完成，对该新型吸附制冰机组进行了回质回热研究，结果表明，回质回热型循环可使机组的制冷性能系数COP提高25.5 %，加热量减小约13 %，同时冷却器负荷降低约21 %;采用先回质后回热方式，在回质过程中继续加热解吸床可进一步增加机组制冰量。与传统回质相比，系统COP和单位质量吸附剂制冷功率SCP提高幅度均在15 %以上，且机组SCP的提高幅度高于COP的幅度;吸附制冰机组性能随冷却水温度的升高而下降，但系统的SCP始终维持在较高的水平。当冷却水温度为27℃、蒸发温度为-18.9℃时，系统的SCP仍然高达356.5 W·kg-1。     

Studies on Dynamic Adsorption Behaviour of Ethyl Acetate from Air on 5A and 13X Molecular Sieves

Experimental data for dynamic adsorption of ethyl acetate present in air using 5A and 13X molecular sieves are generated with variations of inlet adsorbate concentration, inlet velocity and bed diameter to bed length ratio to study their effects on the adsorber bed performance. Mathematical model based on Linear Driving Force approximation is validated with experimental data and simulated to understand effects of other pertinent parameters such as overall mass transfer coefficient, saturation capacity and bed to wall heat transfer coefficient. 13X molecular sieve with higher capacity than 5A shows closer to ideal adsorption behaviour. Mass transfer rate is controlled by pore diffusion.     

A 3-zone model for protein adsorption kinetics in expanded beds

The adsorption behavior of expanded beds is more complex than that of fixed beds, since the adsorbent particle size, local bed voidage and liquid axial dispersion will vary axially with expanded height. Models applicable to fixed beds maybe not adequately describe the hydrodynamic and adsorption behavior in expanded beds. In this paper, a 3-zone model is developed, in which the model equations are written for the bottom zone, middle zone, and top zone of the column, respectively, and the model parameters, such as the adsorbent particle diameter, bed voidage and liquid axial dispersion coefficient, are zonal values. In-bed breakthrough curves are predicted by the 3-zone model, and tested against literature data for lysozyme adsorption on Streamline SP in an expanded bed.Model parametric sensitivity is analyzed. The effects of film mass transfer resistance, liquid axial dispersion and adsorbent axial dispersion on the breakthrough curves are weaker than that of protein intraparticle diffusion resistance for stable expanded beds. Adsorbent particle size axial distribution and bed voidage axial variation significantly affect in-bed breakthrough curves, therefore, model parameters should not be assigned uniform values over the whole column; instead the model should account for the adsorbent particle size axial distribution and bed voidage axial variation.     

等温或非等温颗粒吸附动力学模型:应用于吸附热泵(英文)

Understanding the interaction between a fluid and a solid phase is of fundamental importance to the design of an adsorption process.Because the heat effects associated with adsorption are comparatively large,the as-sumption of isothermal behavior is a valid approximation only when uptake rates are relatively slow.In this article,we propose to determine when it is needed to choose the isothermal or non-isothermal assumption according to two physical parametersα(ratio convection/capacity) andβ(quantity of energy/capacity) .The proposed problem is solved by a mathematical method in the Laplace domain.Whenα→∞(infinitely high heat transfer coefficient) or β→0(infinitely large heat capacity) ,the limiting case is isothermal.When the diffusion is rapid(α10) the kinetics of sorption is controlled entirely by heat transfer.If the adsorption process is to be used as a heat pump,it shall be represented by an isotherm model withαandβas high as possible.     

Transient adsorption studies of automotive hydrocarbon traps

A chromatographic adsorption unit was designed and built to study the adsorption of alkanes in zeolites for the hydrocarbon trap systems in three‐way catalysts, to assist in the selection of optimal materials for this application. The experimental apparatus used a zeolite bed in place of the column in an ordinary gas chromatograph and could be accurately modeled to determine the adsorption equilibrium constants for simple alkanes in MFI zeolites. The adsorption of iso‐pentane was studied in BEA zeolites with varying Si/Al₂ ratios, before and after ex situ zeolite aging simulating engine exhaust, and in the presence of water vapor. The elution times were shown to depend directly on the zeolite adsorption capacity. The primary effect of water was to decrease the iso‐pentane adsorption capacity by partial filling of the zeolite pores through adsorption of water at acid sites. Some implications of this work for choosing the best materials for hydrocarbon trapping are discussed. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 2875–2881, 2014