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活性炭吸附丙酮及其常壓下的脫附規(guī)律

　　活性炭吸附劑被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)和工業(yè)廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)氣體的去除。丙酮是一種常見的揮發(fā)性有機(jī)化合物,目前普遍采用活性炭吸附法對(duì)其進(jìn)行處理；本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和模擬研究相結(jié)合的方法獲取了活性炭-丙體系的總傳質(zhì)系數(shù),利用數(shù)學(xué)模型考察了常壓活性炭脫附丙酮過(guò)程床層濃度分布的動(dòng)態(tài)行為及其各種因素對(duì)它的影響。

　　一、總傳質(zhì)系數(shù)的獲取

　　由于總傳質(zhì)系數(shù)受很多因素影響，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的傳質(zhì)系數(shù)一般與實(shí)際的傳質(zhì)系數(shù)有差別,在本文中利用模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較來(lái)獲取的傳質(zhì)系數(shù)。如圖1所示。

　　二、常壓活性炭脫附丙酮過(guò)程濃度分布變化規(guī)律

　　常壓脫附過(guò)程床層氣相、固相濃度變化如圖2、圖3所示?？梢钥闯?，床層中氣相濃度的變化速度比固相濃度的變化更快。可以這樣來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象:脫附初期,在床層進(jìn)口段由于吹掃氣濃度低,脫附推動(dòng)力大，脫附速度較快;脫附必然使得氣相濃度增大,下一段床層的脫附推動(dòng)力隨之減小，脫附速度變慢,所以在脫附步驟的初期濃度分布曲線的斜率前段大后段小。脫附進(jìn)行一段時(shí)間后,床層進(jìn)口端大部分的丙酮被脫附，剩余的少量丙酮處于活性炭的吸附中心，分子表面能較低難以被脫附，因此脫附速度變慢。濃度分布曲線斜率變小，由于前段床層的脫附量小，使得進(jìn)入下一段床層的氣體濃度較低,脫附推動(dòng)力增大,速度加快,濃度分布曲線斜率變大；一段時(shí)間以后，濃度分布曲線在整個(gè)床層的斜率變得一致,濃度分布曲線成為一條直線。濃度在床層內(nèi)呈直線分布,說(shuō)明丙酮在床層各處的脫附難易程度已經(jīng)相當(dāng)，隨著脫附的進(jìn)行,傳質(zhì)區(qū)向右移動(dòng),濃度分布線向床層出口端平移。


　　三、床層初始濃度對(duì)常壓活性炭脫附丙酮過(guò)程濃度分布的影響

　　吸附過(guò)程進(jìn)氣質(zhì)量濃度分別為22.10、11.24、6.00g/m³吸附達(dá)到飽和后進(jìn)行常壓脫附。當(dāng)脫附溫度T= 293K、空塔速度v= 0.34 m /s吹掃氣質(zhì)量濃度為C= 0 g/m³時(shí),脫附過(guò)程床層氣相濃度變化如圖4所示。

　　從圖4中可以看出:在脫附過(guò)程初期，初始濃度較大，脫附速度較快,這是由于初始濃度較大時(shí),大量的丙酮與活性炭結(jié)合得不是很緊密,分子表面能仍然較大，很容易被脫附;脫附進(jìn)行一段時(shí)間后,不同初始濃度的床層,氣相濃度分布基本相同,這說(shuō)明在常壓、吹掃氣濃度為零的條件下，吹掃脫附飽和活性炭在后期具有一致的脫附速度變化規(guī)律。

　　四、溫度對(duì)常壓活性炭脫附丙酮過(guò)程床層濃度分布的影響

　　圖5為脫附過(guò)程在不同溫度下進(jìn)行161s時(shí)床層內(nèi)氣相濃度分布圖。從圖5中可以看出,溫度變化對(duì)濃度分布曲線的形狀基本無(wú)影響,說(shuō)明溫度變化對(duì)脫附過(guò)程總傳質(zhì)系數(shù)的影響不大,在一個(gè)固定的時(shí)刻,溫度越高濃度分布曲線越靠近床層出口端,這是由于溫度升高,活性炭飽和吸附量減少,根據(jù)LDF模型傳質(zhì)推動(dòng)力增大,脫附速度增大的緣故。

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬值的對(duì)比可知：常壓下活性炭脫附丙酮過(guò)程中濃度分布曲線斜率在床層進(jìn)口端逐步減少,出口端逐步増大,最終在傳質(zhì)區(qū)內(nèi)趨于一致，濃度大致呈直線分布；增大脫附時(shí)的空塔速度對(duì)于處于活性炭吸附中心與活性炭結(jié)合緊密的丙酮的脫附效果不明顯；這些都成為研究活性炭吸附丙酮脫附規(guī)律的重要依據(jù)。