硅胶对甲醇-乙酸乙酯二元VOCs的吸脱附过程研究

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甲醇和乙酸乙酯是两种典型的含氧挥发性有机物(OVOCs),广泛应用于制药、煤化工、精细化工等行业。由于其强极性、低沸点等特性,使用传统吸附剂活性炭对其进行工业化吸脱附处理时效率较低。针对此问题,本文采用微介孔硅胶对甲醇和乙酸乙酯进行变温-变压耦合吸脱附富集,将其从气相中捕集并进行液化,以达到对甲醇、乙酸乙酯回收的目的。首先,本文从吸附角度出发系统的研究了甲醇、乙酸乙酯两种组分在硅胶上的吸附特征,结果表明硅胶对这两种含氧有机物的吸附性能显著优于活性炭(>85%)。此外,硅胶对乙酸乙酯的吸附能力强于甲醇,表明硅羟基对乙酸乙酯的亲和力比对甲醇的亲和力强。其次,通过甲醇-乙酸乙酯二元组分吸附动力学实验发现其穿透曲线存在“回升”现象,表明乙酸乙酯部分置换已被吸附在硅胶上的甲醇,即乙酸乙酯和甲醇之间存在竞争吸附现象。采用LDF模型和IAS理论模拟甲醇-乙酸乙酯在硅胶上吸附行为(误差<7%)。在相同进料流量(或进料浓度)的条件下,乙酸乙酯在硅胶上的传质系数k LDF大于甲醇的k LDF,传质速率更快。因此,适当地增加进料浓度和进料流量可以强化吸附动力学过程,利于甲醇-乙酸乙酯二元组分的竞争吸附行为,提高二元VOCs在硅胶上的吸附选择性。二元组分吸附机理研究表明,吸附床层可分成三个区域:自由吸附区、竞争吸附区及平衡吸附区。它们在吸附柱中相继经历生成、膨胀、迁移和消失。分析模拟结果总结得到两种VOCs在整个床层的最大吸附浓度分布。乙酸乙酯在吸附床层上的最大吸附浓度随吸附时间的增加而增加,在达到平衡浓度后便保持恒定。但是,甲醇在吸附剂上的最大吸附浓度随吸附时间的增加表现出先增加,后降低,降至平衡浓度后保持恒定的趋势。本文采用变温-变压耦合工艺吸附处理甲醇和乙酸乙酯,并优化吸脱附过程的工艺参数。分析结果可知,在相同的脱附压力和气提量下,随着温度升高,脱附量、脱附率和最大提浓浓度均有所增加。综合考虑吸附剂及吸附质的资源化回收,优化后的最佳工艺条件:常温、常压吸附,脱附温度35℃,脱附压力7 k Pa,气提量0.9 Ndm~3/min。
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