两组分有机气体等温吸附模拟与传热传质分析

理论与实验研究了丙酮和甲苯气体在活性炭中的吸附性能与温度变化,根据吸附规律,建立了丙酮和甲苯的线性推动力模型(linear driving force,LDF)等温数学模型,并应用有限差分方法求解模型。讨论了传热与传质系数对吸附床层温度和流出浓度曲线的影响, 并与实验进行了对比分析。结果发现吸附相传质系数ki变小,轴向导热系数KL、内换热系数hi和轴向质扩散系数DLi变大时,丙酮和甲苯的吸附饱和时间延长,床层温度波动变小,有利于吸附净化丙酮和甲苯的混合气体;反之,结果相反,但有利于变压吸附分离甲苯和丙酮。同时通过模拟计算得到与实际情况相符的各组分传质传热参数：KL=0.003 19 W/(m×K)-1,hi=0.015 42 W/(m2×K)-1,丙酮DL1=0.056 92 m2/s,k1=0.060 5 s-1,甲苯DL2=0.655 6 m2/s, k2=0.007 56 s-1。     

丙酮在活性炭上的脱附实验和数值模拟

实验测试了丙酮在不同温度、真空度和饱和吸附量的活性炭上脱附的出口浓度。结果表明:脱附真空度越大,脱附初始吸附容量越大,但脱附速率相应变小;吸附剂微孔内的毛细管现象作用和脱附过程中的传热传质耦合影响使脱附浓度曲线表现出真空浓缩区、快速衰减区和缓慢衰减区3个阶段,特别在脱附压力低于60kPa时,脱附出口浓度开始出现较长时间的反弹和维持,然后才缓慢下降。通过理论分析和建立脱附过程的耦合模型,数值模拟了丙酮在活性炭上的脱附,实验和理论分析发现脱附引起温度变化不大,相应由于温度变化所引起的传质系数变化以及浓度变化都不大;耦合影响的传质系数在脱附过程的不同阶段对浓度曲线影响程度不一样;分段求取传质系数和轴向扩散系数可以使数值计算结果很好地与实验数据吻合;对于同一初始吸附容量,脱附时丙酮分压越大其传质系数k越大;轴向扩散系数在真空脱附时不宜忽略。     

多组分有机气体吸附性能与吸附剂选择性分析

实验研究了JH净化活性炭对甲苯和丙酮混合蒸气在不同温度下的吸附性能,并用DY模型与扩展的Langmuir模型进行了描述。根据扩展的Langmuir吸附等温方程和实验曲线分析了JH净化活性炭对甲苯与丙酮的吸附选择性。结果表明,扩展Langmuir模型结果优于孔填充DY模型。由于JH净化活性炭对甲苯的吸附选择性大于丙酮,因此可用于甲苯和丙酮混合气体的吸附分离,且高的吸附温度和低的进口浓度条件有利于其吸附分离。