挥发性有机化合物在珠状活性炭吸附的二维建模研究

"Two-Dimensional Modeling of Volatile Organic Compounds Adsorption onto Beaded Activated Carbon" 在环保和工业处理领域，挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）的控制是一个重要的议题，因为它们对环境和人体健康具有潜在的危害。本研究详细介绍了对VOCs在珠状活性炭（Beaded Activated Carbon, BAC）上吸附的二维非均匀计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）模型的开发和验证。该模型旨在深入理解在固定床吸附器中VOCs的质、热和动量传输过程。 该模型采用二维方法，考虑了吸附过程中气体流体与固体颗粒间的复杂相互作用。通过实验验证，模型成功预测了不同VOCs（包括丙酮、苯、甲苯和1,2,4-三甲基苯）的穿透曲线，即随着时间推移，VOCs在吸附剂中的积累和脱附情况。此外，模型还准确地模拟了苯吸附过程中压力降和温度变化，平均绝对相对误差（Mean Relative Absolute Error, MRAE）表明模型预测与实际测量结果高度一致，证明了模型的可靠性和适用性。 研究中使用的二维模型考虑了流体动力学、热传递以及吸附过程的化学动力学。流体动力学部分涉及Navier-Stokes方程和连续性方程，用于描述流体的运动；热传递则通过热量守恒方程进行模拟，以考虑吸附过程中的热效应；而化学动力学则涉及到吸附速率和解吸速率的计算，这些是通过建立合适的吸附等温线和动力学模型实现的。吸附等温线如Langmuir或 Freundlich等模型可以描述VOCs在活性炭表面的吸附能力，而动力学模型如pseudo-first-order或pseudo-second-order模型则用于描述吸附速率随时间的变化。 此外，固定床吸附器的设计和操作条件对VOCs的去除效率有着直接影响。模型中，固定床的几何特性（如床层直径、床层高度和颗粒尺寸）以及操作参数（如入口VOCs浓度、流速和温度）都被纳入考虑。这些因素共同决定了VOCs在固定床内的扩散行为，以及与活性炭表面的接触效率。 通过这个模型，研究人员能够优化吸附器设计，提高VOCs的去除效率，同时减少能耗。例如，通过调整床层结构和操作条件，可以更有效地控制VOCs的吸附和解吸过程，从而提高吸附剂的再生性能和整体系统的运行效率。 总结来说，"Two-Dimensional Modeling of Volatile Organic Compounds Adsorption onto Beaded Activated Carbon"的研究提供了一个强大的工具，用于理解和优化VOCs吸附过程。通过二维CFD模型，工程人员和科学家能够更精确地预测和控制VOCs的去除，这对于环境保护和工业过程的可持续性具有重要意义。