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摘 要

随着工程技术发展，吸附由于种种优点，已是工业上普遍使用的技术。吸附工艺是在装有吸附剂颗粒的填充柱上进行的。大多数分离过程通过加入质量分离剂进行，而对于吸附来说，吸附剂就是质量分离剂。因此，吸附剂的性能非常重要，通过改善它的性能，可以使分离效果更加显著。本文构建了氨气吸附过程的双层模型，进行了氨气的动态吸附实验，并采用数值模拟方法对氨气在复合材料上的吸附过程进行二维模拟，模拟研究了氨在不同温度下的动态吸附性能以及可逆再生的能力，并预测复合材料的穿透行为。通过分析实验结果和模拟结果来改进模型并归纳出一般规律，以期在工业生产中实现氨气的再生吸附。

关键词：氨吸附 实验研究 数值模拟

EXPERIMENT AND SIMULATION STUDY ON AMMONIA DYNAMIC ADSORPTION

ABSTRACT

Adsorption has become one of important separation techniques widely used in industrial area, due to its rapid development in recent years. The adsorption process is typically carried out on packed bed filled with sorbent particles.To separate gas mixtures, an agent is usually added in most of processes. For adsorption, a sorbent material that can capture certain kind of component must be used. This kind of material can usually determine the performance of gas separation. In this dissertation, we adsorb ammonia on a composite material synthesized by our group. Fixed bed experiments are carried out to show adsorption performance at different temperature and pressure. Simulation models are proposed to predict breakthrough behavior of the composite material, and these models are compared with experiment data and demonstrated for future use.

Key Words: ammonia adsorption experiment investigation numerical simulation

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1 吸附过程介绍 1

1.1.1 吸附过程原理 1

1.2 吸附剂 2

1.2.1 吸附剂的种类 2

1.2.2 不同吸附分离过程常用的吸附剂 4

1.3 吸附过程的理论模型 5

1.3.1 吸附剂的物理性质 5

1.3.2 静态吸附模型 6

1.3.3 动态吸附模型 8

1.3.4 CFD在吸附模拟过程中的应用 9

第二章 氨在复合材料上的动态吸附及数值模拟 11

2.1 实验装置 11

2.2 氨吸附过程的双层模型 12

第三章 结果分析与讨论 16

3.1 二氧化碳在活性炭上的动态吸附 16

3.2 氨在氯化镁床层中的穿透情况 17

3.3 穿透曲线与压力关系 18

3.4 氨在氧化铝上的吸附 19

3.5 氨在复合材料上的吸附 20

3.6 氨的再生情况 21

3.7 不同负载的吸附材料对吸附的影响 23

3.8 复合材料在高温下吸附氨 24

第四章 结论与展望 27

4.1 结论汇总 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致谢 31

第一章 引言

1.1 吸附过程介绍

1.1.1 吸附过程原理

吸附是一种广泛应用于工业生产中的分离技术^[1]。当流体与固体表面接触时，因他们之间的分子作用，致使流体分子浓缩在固体表面^[2]。固体颗粒可选择性的吸附^[3]且分离效果受吸附材料的性能影响^[4]。吸附分离过程可分为净化和组分分离，一般流体中待分离组分的质量浓度小于10%的称为吸附净化^[5]。放热的大小决定着吸附的类型，发生物理吸附时，吸附质与吸附剂间的分子作用较弱，吸附选择性不好，温度升高吸附量随之降低；而发生化学吸附时，吸附质与吸附剂间的分子作用较强，吸附发生在活性位上，吸附选择性好^[6]。吸附剂可在工业生产中重复使用。

从1959年Milton发明合成沸石^[7]开始，吸附剂与吸附分离技术的发展进入了一个新的时期，从此吸附被广泛运用到化工、石化、生化和环保等领域。

表1-1 吸附分离技术在工业上的应用^[8]：

1.1.2 变压吸附操作原理

变压吸附可循环操作，是工业生产中普遍使用的工艺，通过改变吸附剂的平衡吸附量而实现^[9]。

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