变压吸附模拟研究结论

结论
本课题的研究结论及成果
1）根据吸附及变压吸附实验的要求自制了一套有机气体配气系统，并在此基础上开发了一套恒温吸附实验装置，获得国家实用新型专利，专利号：ZL200420068950.X。

该装置已在中南大学、华中农业大学、长沙理工大学等高校的环境工程实验室得到应用，效果良好。

2）考察了活性炭C40/4对丙酮、甲苯、二氯甲烷3种有机气体在不同温度（288.15，293.15，298.15 Ｋ）下的吸附性能，利用微孔填充理论原创性地提出了几个描述不同温度下有机气体吸附性能的模型，见表3.7。

该模型能很好地预测活性炭C40/4对3种有机气体的吸附结果，平均相对误差在3%以内。

3）采用等量吸附热理论预测了丙酮、甲苯、二氯甲烷在293.15K下的吸附等温线，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，结果表明：用等量吸附热理论预测的等温线与实验值数据能很好的吻合，采用等量吸附热预测吸附等温线是可行的。

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。

4）采用实验研究与数学模拟相结合的方法对固定床吸附及常压吹扫过程进行了研究。

结果表明：所建立的数学模型合理，算法可行，参数选择适当能够很好的模拟固定床中丙酮在活性炭上的吸附和脱附过程。

模拟所得有关固定床吸附工艺的传质系数，对此过程的工业应用具有参考价值。

这种数学模拟方法为获得在吸附过程中艰难或无法直接测得的物质有效传递系数提供了有效的解决途径，从而为吸附过程的设计、预测和优化提供支持。

采用建立的数学模型能很好的预测固定床在不同操作条件下的穿透曲线，具有很高的应用价值。

5）变压吸附模拟研究结果表明：所建立的数学模型合理，算法可行，能够很好的预测变压吸附处理丙酮废气过程中吸附柱内的浓度分布。

在研究所采用的条件下，变压吸附的吸附过程活性炭—丙酮体系的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3.6×10－4s-1。

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。

6）采用常压吸附，真空脱附的变压吸附过程处理甲苯、二甲苯二元有机废气时，脱附时压力不宜高于0.3MPa。

水蒸汽的存在对变压吸附处理甲苯、二甲苯废气的效果
有负面作用，当相对湿度RH<50%时，负面作用可以忽略；当RH>60%时负面作用迅速增大。

变压吸附过程中，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。

本研究采用的变压吸附处理甲苯、二甲苯二元有机废气的过程从开始到稳定大约需要二十个变压吸附周期；吸附柱装填的活性炭的饱和程度在变压吸附过程稳定以后对处理效率没有影响。

对本课题发展方向的建议
挥发性有机化合物的控制是近年来环境保护的热点问题。

目前，微孔活性炭被广泛应用于有机废气的治理。

国外采用吸附法进行有机废气已经商业化，且自动化水平很高，但是，在国内虽然有一些成功的案例但是大多处于摸索阶段，设计和运行都比较保守，经济上可行性较差。

针对目前吸附机理仍然不是很清楚，国内吸附法处理有机废气的自动化程度不高等劣势，作者建议对于本课题的发展以后可重点从以下几方面考虑：1）加强吸附的基础理论研究，深入研究微孔吸附过程的传质传热机理，加强吸附过程传热传质耦合研究，为吸附技术的应用打下坚实的基础。

2）针对活性炭的易燃易爆特性，开发新型的可替代微孔活性炭的高性能、安全吸附剂。

3）加强多组分有机废气分离净化的实验及应用研究，特别是变压吸附分离净化多组分有机废气的研究：①变压吸附操作参数优化，包括湿度、脱附气回流、压力等参数对PSA的影响；②变压吸附过程安全性研究，探讨，在PSA工艺中是否能预防火星的产生，局部过热产生火星，火星强化局部过热，局部过热对脱附过程的强化作用。

4）进一步完善吸附模型，寻找更为精确的传质系数，传热系数模型；加强真空脱附过程的模拟研究；设计吸附及变压吸附控制软件，提高控制水平，向智能型控制系统发展，最终实现无人操作。

5）发展多种控制技术的集成技术，如吸附－催化氧化法，膜法－变压吸附法、变压吸附－深冷联合过程。