本文關鍵詞：結構化固定床吸附動力學及其應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華南理工大學》 2014年

結構化固定床吸附動力學及其應用研究

周宇  

【摘要】：分離與凈化技術在化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境以及建筑等領域占據(jù)著重要的地位。隨著科學技術的發(fā)展，大眾的物質和生活水平得到了極大的豐富和提高，但伴隨著的環(huán)境和健康等問題也在加劇。其中，揮發(fā)性有機化合物（VOCs）作為一類最典型的工業(yè)排放污染物，對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成的巨大危害已經愈發(fā)引人關注，與之相關的凈化技術是全世界科學工作者的研究焦點。同時，液化石油氣（LPG）作為一種重要的化工原料，如何高效地分離其中的烴類并降低硫含量，也是近年來研究的熱點之一，特別是以LPG為原料進行分離提純得到高純丙烷用于制備綠色制冷劑R290，是一項既具有理論意義又具有工程應用價值的前沿課題。傳統(tǒng)的固定床存在傳質效率低、傳質阻力大、床層利用率低的問題，近年來研究較多的結構化固定床可以較好地解決上述問題。當前有關結構化固定床的應用研究有很多，但是鮮見有研究者建立數(shù)學模型模擬結構化固定床上的吸附過程。本文較為詳細地綜述了固定床吸附法在VOCs凈化與LPG分離提純中的應用，研究了LPG中硫組分和烴類組分在固定床上的吸附動力學，以及以甲苯為代表的VOCs在結構化固定床上的吸附動力學，同時建立了一種結構化固定床吸附動力學模型，分析并探討了結構化固定床吸附動力學及吸附傳質機理。 首先，研究了LPG中硫組分在固定床上的吸附動力學，通過比較相同實驗條件下，硫組分在裝填不同吸附劑的固定床上的透過曲線，對脫硫劑進行性能評價；運用Yoon-Nelson模型、Bed Depth Service Time（BDST）模型以及Adam’s-Bohart模型對吸附透過曲線進行線性回歸分析。實驗結果表明，，設定硫組分的出口濃度為2ppm時對應的時間為透過時間，13X分子篩的透過時間達到了32min，脫硫性能最佳。Yoon-Nelson和BDST模型的線性擬合結果與實驗數(shù)據(jù)相當吻合。 其次，研究了LPG中丙烷、正丁烷以及異丁烷在活性炭固定床上的多組分吸附動力學，分別考察了體積流率，床層長度以及吸附溫度對三種烴類組分在活性炭固定床上吸附透過曲線的影響規(guī)律，并對多組分競爭吸附的機制進行了探討。實驗結果表明，隨著氣體體積流率的增大，三種組分的吸附波均會前移，透過點均提前，透過時間減少，透過曲線的斜率也有所增大；隨著床層長度的增大，透過時間和吸附劑達到吸附飽和的時間會變長，吸附過程持續(xù)時間變長；升高溫度不利于活性炭對正丁烷和異丁烷的吸附。多組分間競爭機制：“孔堵塞”效應、基于吸附質分子極性等物性的競爭吸附以及基于吸附質飽和蒸汽壓的競爭吸附，可以解釋活性炭對多組分分子吸附的選擇性正丁烷＞異丁烷＞丙烷。 最后，運用傳質守衡和線性推動力方程，建立了一種基于表面擴散和孔擴散控制的結構化固定床數(shù)學模型；通過無效層厚度（Lengthofunusedbed,LUB）理論計算并分析了不同床層結構的LUB值；采用Adam’s-Bohart經驗模型對甲苯在結構化固定床上的吸附透過曲線作線性回歸分析，分別計算了三種床層結構在相同實驗條件的Adam’s-Bohart模型參數(shù)。實驗結果表明模型計算的結果和實驗結果吻合，該模型可以預測VOCs在結構化固定床吸附動力學。甲苯在裝填有活性炭纖維的結構化固定床的吸附透過曲線斜率更大，且透過曲線斜率隨著活性炭纖維裝填比例的增大而增大，甲苯在床層內傳質速率增大，對甲苯的吸附容量減小�；钚蕴坷w維的加入可以減小LUB值，隨著活性炭纖維裝填比例的增大，LUB值隨之減小。ln C/C0對t得到的擬合直線與實驗數(shù)據(jù)較為吻合，活性炭纖維的加入會使傳質系數(shù)k AB變大，吸附容量N0減小，能夠增大吸附質氣體在床層中的傳質速率，降低床層壓降。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：O647.3
【目錄】：

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本文編號：195735